ES2906337T3 - Resonant-vibratory mixing - Google Patents

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ES2906337T3
ES2906337T3 ES18202371T ES18202371T ES2906337T3 ES 2906337 T3 ES2906337 T3 ES 2906337T3 ES 18202371 T ES18202371 T ES 18202371T ES 18202371 T ES18202371 T ES 18202371T ES 2906337 T3 ES2906337 T3 ES 2906337T3
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Harold W Howe
Jeremiah J Warriner
Aaron M Cook
Scott L Coguill
Lawrence C Farrar
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Abstract

Aparato (10) para generar agitación que comprende: una base (37); una primera masa (12) móvil, en el que dicha primera masa móvil es móvil en una primera dirección lineal y en una dirección lineal opuesta; una segunda masa (11) móvil, en el que dicha segunda masa móvil es móvil en las mismas direcciones que dicha primera masa móvil y está conectada de manera móvil a dicha primera masa móvil mediante un primer medio (25) elástico y está conectada de manera móvil a dicha base (37) mediante un segundo medio (27) elástico; un transductor (38) de fuerza electromagnético lineal conectado de manera rígida a la primera masa (12) móvil y operativo para producir una primera fuerza vertical sobre la primera masa (12) móvil en la primera dirección lineal y una segunda fuerza vertical sobre la primera masa (12) móvil en la dirección lineal opuesta; y una tercera masa (13) móvil, en el que dicha tercera masa (13) móvil es móvil en las mismas direcciones que dicha primera masa (12) móvil y está conectada de manera móvil a dicha segunda masa (11) móvil mediante un tercer medio (26) elástico, en el que la tercera masa (13) móvil no está conectada directamente a la primera masa (12) móvil.Apparatus (10) to generate agitation comprising: a base (37); a first movable mass (12), wherein said first movable mass is movable in a first linear direction and in an opposite linear direction; a second movable mass (11), wherein said second movable mass is movable in the same directions as said first movable mass and is movably connected to said first movable mass by a first resilient means (25) and is movably connected movable to said base (37) by means of a second elastic means (27); a linear electromagnetic force transducer (38) rigidly connected to the first moving mass (12) and operative to produce a first vertical force on the first moving mass (12) in the first linear direction and a second vertical force on the first mass (12) moving in the opposite linear direction; and a third movable mass (13), wherein said third movable mass (13) is movable in the same directions as said first movable mass (12) and is movably connected to said second movable mass (11) by a third elastic means (26), in which the third mobile mass (13) is not directly connected to the first mobile mass (12).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Mezclado resonante-vibratorioResonant-vibratory mixing

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

La presente invención se refiere, en general, al mezclado y al transporte de masas. En particular, la invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para un mezclado resonante-vibratorio.The present invention generally relates to the mixing and conveying of masses. In particular, the invention relates to an apparatus and method for resonant-vibratory mixing.

El mezclado de fluidos implica la creación de un movimiento o agitación de fluidos que resulta en la distribución uniforme de los materiales heterogéneos u homogéneos iniciales para formar un producto de salida. Los procedimientos de mezclado son necesarios para conseguir una distribución uniforme de: fluidos miscibles, tales como alcohol en agua; fluidos inmiscibles tales como la emulsificación de aceite en agua; de material particulado tal como la suspensión de partículas de pigmento en un fluido portador; mezclas de materiales secos con fluidos tales como arena, cemento y agua; fluidos tixotrópicos (pseudoplásticos) con partículas sólidas; los ingredientes químicos de los productos farmacéuticos; y muestras biológicas, tales como bacterias, mientras crecen en un medio de cultivo sin incurrir en daños físicos.Fluid mixing involves the creation of fluid motion or agitation that results in the uniform distribution of initial heterogeneous or homogeneous materials to form an output product. Mixing procedures are necessary to achieve uniform distribution of: miscible fluids, such as alcohol in water; immiscible fluids such as oil-in-water emulsification; of particulate material such as the suspension of pigment particles in a carrier fluid; mixtures of dry materials with fluids such as sand, cement and water; thixotropic (pseudoplastic) fluids with solid particles; chemical ingredients of pharmaceutical products; and biological samples, such as bacteria, while growing in a culture medium without incurring physical damage.

El mezclado puede ser realizado de diversas maneras: uno o varios impulsores giratorios montados en uno o varios ejes sumergidos en la mezcla de fluidos agitan el fluido y/o los materiales sólidos a mezclar, o una placa perforada con movimiento de desplazamiento realiza la agitación, o el propio recipiente que contiene los materiales es agitado, sacudido o se hace vibrar. El mezclado puede ser continuo (como cuando se usa un impulsor giratorio o se hace vibrar el recipiente de contención) o intermitente, como cuando el mecanismo de accionamiento se activa y se detiene en una o varias direcciones.The mixing can be done in various ways: one or more rotating impellers mounted on one or more shafts immersed in the fluid mixture stir the fluid and/or the solid materials to be mixed, or a perforated plate with displacement movement performs the stirring, or the container containing the materials itself is shaken, shaken or vibrated. Mixing can be continuous (such as using a rotating impeller or vibrating the holding vessel) or intermittent, such as when the drive mechanism turns on and off in one or more directions.

Con un mezclador vibratorio convencional, la amplitud puede ser variada dentro de límites muy estrechos, y la frecuencia se establece generalmente a la frecuencia de la fuente de alimentación de corriente alterna (CA). Incluso cuando se usa un controlador de motor con control de frecuencia, la frecuencia de vibración de un mezclador vibratorio convencional puede ser variada solo dentro de límites relativamente estrechos. Generalmente, se evita el mezclado a la frecuencia de resonancia natural del mecanismo debido a las altas cargas y al desgaste asociado de los mecanismos.With a conventional vibratory mixer, the amplitude can be varied within very narrow limits, and the frequency is generally set at the frequency of the alternating current (AC) power supply. Even when using a frequency controlled motor drive, the vibration frequency of a conventional vibratory mixer can be varied only within relatively narrow limits. Mixing at the mechanism's natural resonant frequency is generally avoided due to the high loads and associated wear on the mechanisms.

Cuando se cultiva tejido biológico, todas las células deben estar suspendidas en el caldo de nutrientes; es decir, las células no deberían asentarse en el fondo del recipiente en el que están siendo cultivadas. Sin embargo, al agitar las células vivas con el fin de minimizar la sedimentación, el efecto mecánico del alto esfuerzo cortante causado por el agitador no debería comprometer la integridad de las células. En el caso de los agitadores giratorios, bastante frecuentemente, el medio de cultivo crea un vórtice turbulento al que son succionadas las células. Bajo condiciones de vórtice turbulento, las células tienen un mayor riesgo de resultar dañadas mecánicamente y el suministro continuo de oxígeno a las células no está asegurado de manera consistente.When biological tissue is cultured, all cells must be suspended in the nutrient broth; that is, the cells should not settle to the bottom of the container in which they are being grown. However, when shaking live cells in order to minimize sedimentation, the mechanical effect of the high shear caused by the shaker should not compromise the integrity of the cells. In the case of rotary shakers, quite frequently, the culture medium creates a turbulent vortex into which the cells are sucked. Under turbulent vortex conditions, cells are at increased risk of mechanical damage and continuous oxygen supply to cells is not consistently ensured.

La técnica antecedente está caracterizada por las patentes US N° 2.091.414, 3.162.910, 2.353.492, 2.636.719, 3.498.384, 3.583.246, 3.767.168, 4.619.532, 4.972.930, 5.979.242, 6.213.630, 6.250.792, 6.263.750 y 6.579.002. Newport et al. en la patente US N° 2.091.414 describen un aparato para aplicar vibraciones. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa.The prior art is characterized by US Patent Nos. 2,091,414, 3,162,910, 2,353,492, 2,636,719, 3,498,384, 3,583,246, 3,767,168, 4,619,532, 4,972,930, 5,979,242 , 6,213,630, 6,250,792, 6,263,750 and 6,579,002. Newport et al. in US Patent No. 2,091,414 describe an apparatus for applying vibrations. This invention is limited in that it only describes a single mass system.

Behnke et al. en la patente US N° 3.162.910 describen un aparato para agitar matraces de fundición. Esta invención está limitada en el sentido de que solo se proporciona un sistema de una única masa y un único conjunto de muelles. La presente invención supera las limitaciones de las patentes US N° 2.353.492 y 2.636.719 emitidas a John C. O'Connor (las "patentes de O'Conner") y 6.213.630 emitidas a Olga Kossman (la "patente de Kossman"). Las patentes de O'Conner describen dispositivos que permiten una compactación vibratoria de materiales secos y la alimentación de material por medio de un transporte vibratorio. La patente de Kossman reivindica un control electrónico de los motores para un control de la vibración de un dispositivo de compactación.Behnke et al. in US Patent No. 3,162,910 describe an apparatus for shaking foundry flasks. This invention is limited in that only a single mass, single spring assembly system is provided. The present invention overcomes the limitations of US Patent Nos. 2,353,492 and 2,636,719 issued to John C. O'Connor (the "O'Conner patents") and 6,213,630 issued to Olga Kossman (the "O'Conner patent"). Kossmann"). The O'Conner patents describe devices that allow vibratory compaction of dry materials and the feeding of material by means of vibratory conveying. The Kossman patent claims electronic control of motors for vibration control of a compaction device.

Las patentes de O'Conner describen mecanismos vibratorios compuestos por dos masas. Un medio para aplicar una fuerza cíclica está fijado a la primera masa. La segunda masa, que contiene o que incluye el material a ser afectado, está montada de manera elástica a la primera masa. A continuación, el conjunto es sostenido por miembros elásticos en una posición fija en el suelo. Este mecanismo puede ser ajustado de manera efectiva mediante selecciones de miembros elásticos apropiados para reducir sustancialmente las fuerzas transmitidas a la posición del suelo, pero está limitado en su capacidad para reducir las aceleraciones impuestas sobre la primera masa. Las aceleraciones sobre la primera masa, que incluyen la inducción de fuerzas cíclicas por parte del accionamiento, inducen fuerzas elevadas que, a su vez, conducen a fallos prematuros. Para reducir las tasas de fallo del accionamiento, deben reducirse las fuerzas inducidas o debe limitarse severamente la masa del material afectado. Ambos casos limitan las aplicaciones disponibles del dispositivo. Además, se afirma que las condiciones operativas preferidas están entre los modos primero y segundo de vibraciones máximas. Esto limita adicionalmente la efectividad del dispositivo debido a la energía adicional requerida para operar en este intervalo para conseguir las aceleraciones y las amplitudes de mezclado óptimas. Si el dispositivo debe ser operado en uno de los modos de pico, solo se requeriría energía suficiente para superar la amortiguación inherente del dispositivo para conseguir una aceleración y una amplitud máximas en la masa dos.The O'Conner patents describe vibratory mechanisms composed of two masses. A means for applying a cyclic force is attached to the first mass. The second mass, containing or including the material to be affected, is elastically mounted to the first mass. The assembly is then supported by elastic members in a fixed position on the ground. This mechanism can be effectively adjusted by appropriate elastic member selections to substantially reduce the forces transmitted to the ground position, but is limited in its ability to reduce the accelerations imposed on the first mass. Accelerations on the first mass, including the induction of cyclic forces by the drive, induce high forces which, in turn, lead to premature failure. To reduce drive failure rates, induced forces must be reduced or the mass of affected material must be severely limited. Both cases limit the applications available on the device. In addition, it is stated that the operating conditions preferred are between the first and second modes of maximum vibrations. This further limits the effectiveness of the device due to the additional energy required to operate in this range to achieve optimum mixing amplitudes and accelerations. If the device is to be operated in one of the peak modes, only enough power would be required to overcome the inherent damping of the device to achieve maximum acceleration and amplitude at mass two.

La patente de Kossman describe un procedimiento de control del motor o de los motores de un dispositivo vibratorio similar a la patente de O'Conner. El dispositivo descrito carece de la capacidad de operar en los picos de frecuencia naturales y adolece también de una carencia de capacidad para limitar las fuerzas transmitidas a las posiciones del accionamiento o del suelo.The Kossman patent describes a method of controlling the motor(s) of a vibratory device similar to the O'Conner patent. The disclosed device lacks the ability to operate at natural frequency peaks and also lacks the ability to limit the forces transmitted to the drive or ground positions.

Ogura, en la patente US N° 3.498.384, describe un dispositivo de impacto vibratorio. Esta invención está limitada en el sentido de que solo se describe un sistema de dos masas. No es posible conseguir altas aceleraciones de carga útil, cancelación de fuerzas y bajas aceleraciones del accionamiento con un sistema de dos masas.Ogura, in US Patent No. 3,498,384, describes a vibratory impact device. This invention is limited in that only a two-mass system is described. It is not possible to achieve high payload accelerations, force cancellation and low drive accelerations with a two-mass system.

Stahle et al., en la patente US N° 3.583.246 describen un dispositivo de vibración accionado por al menos un generador de desequilibrio. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa.Stahle et al. in US Patent No. 3,583,246 describe a vibration device driven by at least one imbalance generator. This invention is limited in that it only describes a single mass system.

Dupre et al., en la patente US N° 3.767.168 describen un aparato de agitación mecánica. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa.Dupre et al., in US Patent No. 3,767,168 describe a mechanical stirring apparatus. This invention is limited in that it only describes a single mass system.

Schmidt, en la patente US N° 4.619.532, describe un agitador para recipientes de pintura. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de doble masa.Schmidt, in US Patent No. 4,619,532, describes an agitator for paint containers. This invention is limited in that it only describes a dual mass system.

Davis, en la patente US N° 4.972.930, describe un agitador de desequilibrio rotativo, ajustable dinámicamente. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa. Además, el accionamiento vibratorio está fijado directamente a la masa única y esta masa está fijada a tierra mediante muelles neumáticos. Las altas aceleraciones del accionamiento son un resultado inevitable de dicho dispositivo.Davis, in US Patent No. 4,972,930, describes a dynamically adjustable, rotary unbalance agitator. This invention is limited in that it only describes a single mass system. Furthermore, the vibratory drive is fixed directly to the single mass and this mass is fixed to the ground by means of pneumatic springs. High drive accelerations are an unavoidable result of such a device.

Hobbs, en la patente US N° 5.979.242, describe un sistema de prueba de vibración multinivel con atributos de vibración controlables. Esta invención está limitada en el sentido de que describe un sistema multi-accionamiento con un accionamiento fijado a cada una de las masas en el sistema. No se proporciona ninguna descripción de los medios para conseguir bajas aceleraciones del accionamiento o bajas fuerzas de transmisión al suelo.Hobbs, in US Patent No. 5,979,242, describes a multi-level vibration test system with controllable vibration attributes. This invention is limited in that it describes a multi-drive system with a drive attached to each of the masses in the system. No description is provided of means for achieving low drive accelerations or low ground transmission forces.

Krush et al., en la patente US N° 6.250.792, describe un dispositivo adaptador vibratorio integrado. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa.Krush et al., in US Patent No. 6,250,792, describe an integrated vibratory adapter device. This invention is limited in that it only describes a single mass system.

Maurer et al., en la patente US N° 6.263.750 describe un dispositivo para generar vibraciones dirigidas. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa.Maurer et al. in US Patent No. 6,263,750 describes a device for generating directed vibrations. This invention is limited in that it only describes a single mass system.

Bartick et al., en la patente US N° 6.579.002 describe un agitador de laboratorio programable de alto rendimiento, con oscilación rápida, de gran rango y gran capacidad de carga. Esta invención está limitada en el sentido de que solo describe un sistema de una única masa. Esta invención no es capaz de operar en un estado resonante ya que es accionada por desplazamiento en lugar de por vibración.Bartick et al., in US Patent No. 6,579,002 describes a high performance, fast oscillating, wide range, high load capacity programmable laboratory shaker. This invention is limited in that it only describes a single mass system. This invention is not capable of operating in a resonant state as it is driven by displacement rather than vibration.

En resumen, la técnica anterior no describe un sistema de tres masas que tiene una estructura que es capaz de conseguir bajas frecuencias de 0-1.000 Hercios (Hz), altas aceleraciones de 2-75 veces la aceleración causada por la gravedad (g) y grandes amplitudes de desplazamiento de 0,254-12,7 mm (0,01-0,5 pulgadas). Lo que se necesita es un aparato y un procedimiento para mezclar fluidos y/o sólidos de una manera que pueda ser variada desde una manera en la que se mantenga la integridad de los materiales biológicos y moleculares frágiles en el recipiente de mezclado hasta una manera en la que homogeneice el material agregado pesado mediante el suministro de grandes cantidades de energía.In summary, the prior art does not describe a three-mass system having a structure that is capable of achieving low frequencies of 0-1,000 Hertz (Hz), high accelerations of 2-75 times the acceleration due to gravity (g), and large displacement amplitudes of 0.254-12.7 mm (0.01-0.5 in). What is needed is an apparatus and method for mixing fluids and/or solids in a manner that can be varied from a manner in which the integrity of the fragile biological and molecular materials in the mixing vessel is maintained to a manner in which the one that homogenizes the heavy aggregate material by supplying large amounts of energy.

El documento EP 0393492 A2 describe la técnica anterior.EP 0393492 A2 describes the prior art.

Breve resumen de la invenciónBrief summary of the invention

El alcance de la invención se expone en las reivindicaciones adjuntas.The scope of the invention is set forth in the appended claims.

El propósito de la invención es proporcionar un procesamiento profundo y minucioso, por ejemplo, el mezclado de una pluralidad de fluidos, por ejemplo, el mezclado minucioso de un gas en un líquido, o de un líquido en otro líquido, o más de dos fases. Una aplicación es el mezclado y la dispersión de sólidos en líquidos, en particular sólidos duros a húmedos y partículas pequeñas. Otras aplicaciones incluyen la preparación de emulsiones para aplicaciones químicas y farmacéuticas, la gasificación de líquidos para purificación y para reacciones químicas, la aceleración de reacciones físicas y químicas y la suspensión de partículas finas en fluidos. Los fluidos a los que se hace referencia en la presente memoria pueden incluir o no partículas sólidas atrapadas.The purpose of the invention is to provide thorough and deep processing, eg mixing of a plurality of fluids, eg thorough mixing of a gas into a liquid, or a liquid into another liquid, or more than two phases . One application is the mixing and dispersion of solids in liquids, particularly hard to wet solids and small particles. Other applications include the preparation of emulsions for chemical and pharmaceutical applications, the gasification of liquids for purification and for chemical reactions, the acceleration of physical and chemical reactions, and the suspension of fine particles in fluids. The fluids to which referenced herein may or may not include entrapped solid particles.

La presente invención proporciona un aparato y procedimiento para mezclar materiales, aparato y procedimiento que proporcionan un exquisito control sobre el mezclado en un amplio rango de aplicaciones. El rango de aplicaciones abarca desde la agitación de trabajo pesado o uso intensivo para la preparación de hormigón hasta el mezclado delicado y preciso requerido para la preparación de productos farmacéuticos y el procesamiento de cultivos biológicos en los que los organismos vivos deben permanecer viables a lo largo del procedimiento de mezclado. En una realización preferida, la presente invención proporciona un mezclador vibratorio, accionado por un motor o unos motores controlables electrónicamente, adaptados para permitir un control virtualmente ilimitado del procedimiento de mezclado.The present invention provides an apparatus and method for mixing materials, which apparatus and method provide exquisite control over mixing in a wide range of applications. Applications range from heavy-duty or heavy-duty agitation for concrete preparation to the delicate and precise mixing required for the preparation of pharmaceuticals and the processing of biological cultures in which living organisms must remain viable throughout the process. of the mixing procedure. In a preferred embodiment, the present invention provides a vibratory mixer, driven by electronically controllable motor(s), adapted to allow virtually unlimited control of the mixing process.

Un ejemplo que no forma parte de la presente invención está compuesto por tres masas, con una fuerza lineal cíclica aplicada a una de las masas. La fuerza lineal aplicada a la primera masa produce un movimiento vibratorio que es transmitido a través de unos miembros elásticos a una segunda masa de acoplamiento y, a continuación, a una tercera masa. Con la adición de una segunda masa, es posible ajustar la respuesta del sistema de manera que las fuerzas transmitidas se cancelen. Un recipiente está fijado a las masas segunda o tercera con el propósito de mezclar dos o más constituyentes. Las tres masas están acopladas entre sí con miembros elásticos que están optimizados para transferir la gran mayoría de la fuerza al recipiente de mezclado y para minimizar la fuerza transmitida al suelo y a la estructura de soporte. La minimización de la transmisión de la fuerza al suelo y la maximización de la fuerza transmitida al recipiente afectan de manera más eficiente al trabajo realizado sobre el contenido del recipiente y reducen el desgaste en el transductor de fuerza lineal. Se consigue una operación más eficiente mediante la operación a las frecuencias de resonancia del mecanismo o a frecuencias cercanas a las mismas. Empleando el sistema resonante descrito en la presente memoria se consiguen con facilidad niveles de intensidad que son casi imposibles con los procedimientos de mezclado vibratorio convencionales.An example not forming part of the present invention is made up of three masses, with a cyclic linear force applied to one of the masses. Linear force applied to the first mass produces a vibratory motion that is transmitted through resilient members to a second mating mass and then to a third mass. With the addition of a second mass, it is possible to adjust the response of the system so that the transmitted forces cancel out. A container is attached to the second or third masses for the purpose of mixing two or more constituents. The three masses are coupled together with elastic members that are optimized to transfer the vast majority of the force to the mixing bowl and to minimize the force transmitted to the ground and support structure. Minimizing the transmission of force to the ground and maximizing the force transmitted to the container more efficiently affects the work done on the contents of the container and reduces wear on the linear force transducer. More efficient operation is achieved by operating at or near the resonant frequencies of the mechanism. Employing the resonant system described herein, intensity levels are easily achieved that are nearly impossible with conventional vibratory mixing methods.

Un objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de dos o más líquidos. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de uno o más líquidos y uno o más gases. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de uno o más líquidos y uno o más gases. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de uno o más líquidos con una o más partículas sólidas. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de uno o más líquidos con una o más partículas sólidas con uno o más gases. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de dos o más sólidos. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de dos o más materiales no newtonianos. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado de uno o más materiales no newtonianos con una o más partículas sólidas.An object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of two or more liquids. Another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of one or more liquids and one or more gases. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of one or more liquids and one or more gases. Another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of one or more liquids with one or more solid particles. A further object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of one or more liquids with one or more solid particles with one or more gases. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of two or more solids. Another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of two or more non-Newtonian materials. A further object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the mixing of one or more non-Newtonian materials with one or more solid particles.

Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar la gasificación de líquidos. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar la desgasificación de líquidos. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es acelerar las reacciones físicas y químicas. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es acelerar la transferencia de calor. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es acelerar la transferencia de masa. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es suspender y distribuir partículas. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es suspender nanopartículas y distribuir partículas. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar un micromezclado. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es crear inestabilidades newtonianas. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar altas tasas de transferencia de masa gas-líquido y líquido-gas. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar la dispersión de burbujas de vapor en la superficie y que se dispersen en el líquido. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es causar que las burbujas se muevan hacia abajo al interior de un líquido. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar que las burbujas se suspendan en un líquido. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar que el vapor cavite en un líquido.Another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the gasification of liquids. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate the degassing of liquids. Another object of the preferred embodiments of the invention is to speed up physical and chemical reactions. A further object of the preferred embodiments of the invention is to accelerate heat transfer. Another object of the preferred embodiments of the invention is to speed up mass transfer. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to suspend and distribute particles. A further object of preferred embodiments of the invention is to suspend nanoparticles and distribute particles. Another object of the preferred embodiments of the invention is to cause micromixing. Another object of the preferred embodiments of the invention is to create Newtonian instabilities. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to cause high gas-liquid and liquid-gas mass transfer rates. Another object of the preferred embodiments of the invention is to cause vapor bubbles to disperse at the surface and to disperse in the liquid. A further object of preferred embodiments of the invention is to cause bubbles to move downward into a liquid. Another object of the preferred embodiments of the invention is to cause bubbles to be suspended in a liquid. Another object of the preferred embodiments of the invention is to cause vapor to cavitate in a liquid.

Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es facilitar el mezclado mediante una frecuencia, una amplitud o una aceleración seleccionadas. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es dispersar partículas finas de una manera uniforme en un medio líquido newtoniano o no newtoniano. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es causar que los líquidos migren a sólidos porosos. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar que los líquidos migren a través de sólidos porosos. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es causar que los líquidos migren a sólidos porosos y se filtren desde los materiales. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es reducir las capas límite que impiden el transporte de masa y la transferencia de calor. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es emplear una operación resonante para mejorar la eficiencia del mezclado. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es combinar tres o más masas de manera que proporcionen un modo de operación de cancelación de fuerza. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es producir bajas frecuencias de 0-1.000 Hercios (Hz), altas aceleraciones de 2-75 veces la aceleración causada por la gravedad (g) y grandes amplitudes de desplazamiento de 0,254-12,7 mm (0,01-0,5 pulgadas). Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un sistema autónomo para colocar los fluidos y sólidos a ser mezclados en una plataforma y un mecanismo para asegurar el sistema a la plataforma. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un medio para forzar la cancelación de la base del dispositivo.Still another object of the preferred embodiments of the invention is to facilitate mixing by a selected frequency, amplitude, or acceleration. Another object of the preferred embodiments of the invention is to disperse fine particles in a uniform manner in a liquid Newtonian or non-Newtonian medium. A further object of preferred embodiments of the invention is to cause liquids to migrate into porous solids. Another object of preferred embodiments of the invention is to cause liquids to migrate through porous solids. Another object of the preferred embodiments of the invention is to cause liquids to migrate into porous solids and leach from the materials. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to reduce boundary layers that impede mass transport and heat transfer. Another object of the preferred embodiments of the invention is to employ a resonant operation to improve mixing efficiency. A further object of the preferred embodiments of the invention is to combine three or more masses in a manner that provides a force canceling mode of operation. Another object of the preferred embodiments of the invention is to produce low frequencies of 0-1,000 Hertz (Hz), high accelerations of 2-75 times the acceleration caused by gravity (g) and large displacement amplitudes of 0.254-12.7 mm (0.01-0.5 in). Still another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a self-contained system for placing fluids and solids to be mixed on a platform and a mechanism for securing the system to the platform. Another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a means for forcing cancellation of the base of the device.

Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es reducir la aceleración en el oscilador, aumentando de esta manera la vida útil del cojinete y prolongando la vida útil de los componentes del dispositivo. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar mecanismos para una operación a la frecuencia de resonancia del dispositivo para conseguir una mayor eficiencia y eficacia. Otro objeto de la realización preferida de la invención es emplear la cancelación de las fuerzas internas y reducir las fuerzas transmitidas al entorno del dispositivo. Un objeto adicional de la invención es transferir de manera eficiente las fuerzas aplicadas y las aceleraciones relacionadas a la masa de carga útil y reducir la aceleración del oscilador. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es permitir un ajuste automático y/o manual de la fuerza oscilatoria durante la operación. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un sistema de tres o más masas, en el que los parámetros operativos (frecuencia y desplazamiento) sean menos sensibles a los cambios de la masa de carga útil y que proporcione una operación consistente en una diversidad de situaciones.Another object of the preferred embodiments of the invention is to reduce acceleration in the oscillator, thereby increasing bearing life and prolonging the life of device components. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to provide mechanisms for resonant frequency operation of the device for greater efficiency and effectiveness. Another object of the preferred embodiment of the invention is to employ cancellation of internal forces and reduce forces transmitted to the environment of the device. A further object of the invention is to efficiently transfer the applied forces and related accelerations to the payload mass and reduce the acceleration of the oscillator. Another object of the preferred embodiments of the invention is to allow automatic and/or manual adjustment of the oscillatory force during operation. Another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a three or more mass system, in which the operating parameters (frequency and displacement) are less sensitive to changes in payload mass and which provides consistent operation in a diversity of situations.

Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es un dispositivo que tenga tres modos de vibración y opere a la máxima capacidad, permitiendo de esta manera el uso de muelles más compatibles, lo que reduce la amortiguación intrínseca y aumenta la eficiencia. Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un transporte másico elevado de gases, líquidos y nutrientes a células con bajo esfuerzo cortante. Otro objeto de la invención es proporcionar un transporte másico elevado de gases y productos de desecho desde las células con bajo esfuerzo cortante. Un objeto adicional de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un transporte másico elevado de gases, líquidos y nutrientes hacia y a microportadores con bajo esfuerzo cortante mientras se causan un mínimo de colisiones de microportadores. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un transporte másico elevado de gases desde y de los microportadores con bajo esfuerzo cortante mientras se causan un mínimo de colisiones de microportadores.Another object of the preferred embodiments of the invention is a device that has three vibration modes and operates at maximum capacity, thus allowing the use of more compatible springs, which reduces intrinsic damping and increases efficiency. Still another object of the preferred embodiments of the invention is to provide high mass transport of gases, liquids and nutrients to cells with low shear. Another object of the invention is to provide high mass transport of gases and waste products from cells with low shear. A further object of preferred embodiments of the invention is to provide high mass transport of gases, liquids and nutrients to and from microcarriers with low shear while causing a minimum of microcarrier collisions. Another object of preferred embodiments of the invention is to provide high mass transport of gases to and from microcarriers with low shear stress while causing a minimum of microcarrier collisions.

Todavía otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un dispositivo vibratorio que pueda ser ajustado para producir frecuencias y desplazamientos que causen que los fluidos (sistemas gas-líquido, gas-líquido-sólido y combinaciones de estos sistemas) en el recipiente de carga útil desarrollen un estado de resonancia/de mezclado que establezca altos niveles de contacto gas-líquido, una onda acústica estacionaria y patrones de flujo axial que resulten en altos niveles de transporte másico gas-líquido y mezclado. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un dispositivo vibratorio que pueda ser ajustado para desplazar una carga útil, tal como un recipiente lleno de una diversidad de sólidos que están altamente cargados, por ejemplo, muy cerca de la densidad teórica, a una frecuencia y una amplitud que causan que el material se fluidice y se mezcle profundamente. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un dispositivo vibratorio que pueda ser ajustado para desplazar una carga útil, tal como un recipiente lleno de diversos sólidos y líquidos que están altamente cargados, por ejemplo, muy cerca de la densidad teórica, a una frecuencia y una amplitud que causan que el material se fluidice y se mezcle profundamente. Otro objeto de las realizaciones preferidas de la invención es proporcionar un dispositivo vibratorio compuesto por dos o más masas, un vibrador sustancialmente lineal y un procedimiento de control, que permita la cancelación de fuerzas variables durante la operación, en el que las masas estén conectadas por miembros elásticos con el fin de transferir las fuerzas generadas por el vibrador al recipiente y en el que la cancelación de fuerzas es controlable de manera que puedan generarse fuerzas sustancialmente lineales en cualquier dirección.Still another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a vibratory device that can be adjusted to produce frequencies and displacements that cause the fluids (gas-liquid, gas-liquid-solid systems and combinations of these systems) in the payload develop a resonant/mixed state that establishes high levels of gas-liquid contact, a standing acoustic wave, and axial flow patterns that result in high levels of gas-liquid mass transport and mixing. Another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a vibratory device that can be adjusted to move a payload, such as a container filled with a variety of solids that are highly loaded, for example very close to theoretical density, through a frequency and amplitude that cause the material to fluidize and mix deeply. A further object of the invention is to provide a vibratory device that can be adjusted to displace a payload, such as a container filled with various solids and liquids that are highly loaded, for example very close to theoretical density, at a frequency and an amplitude that cause the material to fluidize and mix deeply. Another object of the preferred embodiments of the invention is to provide a vibratory device composed of two or more masses, a substantially linear vibrator and a control procedure, which allows the cancellation of variable forces during operation, in which the masses are connected by resilient members for the purpose of transferring the forces generated by the vibrator to the container and wherein the force cancellation is controllable such that substantially linear forces can be generated in any direction.

Aspectos adicionales de la invención serán evidentes a partir de la consideración de los dibujos y de la descripción posterior de las realizaciones preferidas de la invención.Additional aspects of the invention will become apparent from a consideration of the drawings and the description below of the preferred embodiments of the invention.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujosBrief Description of the Various Views of the Drawings

Las características de la invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran realizaciones actualmente preferidas de la invención. En los dibujos:Features of the invention will be better understood with reference to the accompanying drawings, which illustrate presently preferred embodiments of the invention. In the drawings:

La Fig. 1 es una vista en alzado frontal del reactor resonante de placa plana construido según un primer ejemplo que no forma parte de la invención con algunos elementos omitidos en aras de la claridad.Fig. 1 is a front elevational view of the flat plate resonant reactor constructed according to a first example not forming part of the invention with some elements omitted for the sake of clarity.

La Fig. 2 es una vista en sección lateral derecha del reactor resonante de placa plana de la Fig. 1.Fig. 2 is a right side sectional view of the flat plate resonant reactor of Fig. 1.

La Fig. 3 es una vista en perspectiva del ejemplo de las Figs. 1 y 2 con algunos elementos omitidos en aras de la claridad.Fig. 3 is a perspective view of the example of Figs. 1 and 2 with some elements omitted for clarity.

La Fig. 4 es una vista en alzado frontal del ejemplo de las Figs. 1-4 con algunos elementos omitidos en aras de la claridad.Fig. 4 is a front elevational view of the example of Figs. 1-4 with some elements omitted for the sake of clarity.

La Fig. 5 es un diagrama que representa el comportamiento de respuesta de la fuerza de transmisión del ejemplo de las Figs. 1-4.Fig. 5 is a diagram showing the transmission force response behavior of the example of Figs. 1-4.

La Fig. 6 es un diagrama que representa el comportamiento de respuesta de fase del ejemplo de las Figs. 1-4. La Fig. 7 es una vista en perspectiva de un sistema de tres masas según la invención con una unidad de vibración montada en el lateral.Fig. 6 is a diagram showing the phase response behavior of the example of Figs. 1-4. Fig. 7 is a perspective view of a three-mass system according to the invention with a side-mounted vibration unit.

La Fig. 8 es una vista en perspectiva de un sistema de tres masas según la invención con un dispositivo de vibración de montaje bajo.Fig. 8 is a perspective view of a three-mass system according to the invention with a low-mounted vibration device.

La Fig. 9 es una vista lateral o frontal (son las mismas) de un sistema de masas según la invención con una unidad de vibración montada en el centro.Fig. 9 is a side or front view (they are the same) of a mass system according to the invention with a centrally mounted vibration unit.

La Fig. 10 es un gráfico que muestra las diferencias de rendimiento entre un sistema de dos masas y una realización preferida de un sistema de tres masas.Fig. 10 is a graph showing performance differences between a two-mass system and a preferred embodiment of a three-mass system.

La Fig. 11 es un diagrama esquemático de cuerpo libre de una realización preferida de la invención.Fig. 11 is a schematic free body diagram of a preferred embodiment of the invention.

La Fig. 12 es una vista en perspectiva de una segunda realización preferida de la invención.Fig. 12 is a perspective view of a second preferred embodiment of the invention.

La Fig. 13 es una vista en perspectiva del sistema resonante de la segunda realización preferida de la invención. La Fig. 14 es una vista en perspectiva del conjunto de base de la segunda realización preferida de la invención. La Fig. 15 es una vista en perspectiva de un conjunto de masa de reacción de la segunda realización preferida de la invención.Fig. 13 is a perspective view of the resonant system of the second preferred embodiment of the invention. Fig. 14 is a perspective view of the base assembly of the second preferred embodiment of the invention. Fig. 15 is a perspective view of a reaction mass assembly of the second preferred embodiment of the invention.

La Fig. 16 es una vista en perspectiva del conjunto de accionamiento de la segunda realización preferida de la invención.Fig. 16 is a perspective view of the drive assembly of the second preferred embodiment of the invention.

La Fig. 17 es una vista en perspectiva del conjunto de carga útil de la segunda realización preferida de la invención. La Fig. 18 es una vista en perspectiva del conjunto de bloque de motor de la segunda realización preferida de la invención.Fig. 17 is a perspective view of the payload assembly of the second preferred embodiment of the invention. Fig. 18 is a perspective view of the engine block assembly of the second preferred embodiment of the invention.

La Fig. 19 es una vista en perspectiva de un conjunto de motor de la segunda realización preferida de la invención. En los dibujos, se usan los siguientes números de referencia para indicar las partes y el entorno de la invención:Fig. 19 is a perspective view of an engine assembly of the second preferred embodiment of the invention. In the drawings, the following reference numerals are used to indicate the parts and environment of the invention:

10 dispositivo, aparato10 device, apparatus

11 masa intermedia11 intermediate mass

12 masa de oscilador12 oscillator mass

13 carga útil, masa de carga útil13 payload, payload mass

24 muelles de masa de carga útil a tierra24 payload mass springs to ground

25 muelles de oscilador a masa intermedia25 oscillator springs to intermediate mass

26 muelles de masa de carga útil a masa intermedia26 springs from payload mass to intermediate mass

27 muelles de masa intermedia a suelo27 intermediate mass springs to ground

30 paradas30 stops

37 bastidor de suelo, base, estructura rígida37 floor frame, base, rigid structure

38 accionamientos de osciladores, servomotores, transductores de fuerza38 oscillator drives, servo motors, force transducers

39 puntales de alineación de masa de carga útil a suelo39 payload-to-ground mass alignment struts

40 retenedores 40 retainers

tuercas de bloqueolock nuts

puntales de alineación de oscilador a masa intermedia puntales de alineación de masa intermedia a tierra puntales de masa de carga útil a masa intermedia masas excéntricas, pesos excéntricos, excéntricas ejes motores, ejesoscillator to intermediate mass alignment struts intermediate mass to ground alignment struts payload mass to intermediate mass struts eccentric masses, eccentric weights, eccentrics driveshafts, axles

cámara de mezcladomixing chamber

sistema resonanteresonant system

conjunto de basebase set

conjunto de carga útilpayload set

conjunto de controladorcontroller set

conjunto de masa de reacciónreaction mass set

patas de la basebase legs

conjuntos de conector de pataleg connector assemblies

soporte de muelle inferiorlower spring support

soporte de muelle superiortop spring bracket

pata de la basebase leg

tramossections

montantesuprights

peso de ajustetrim weight

conector basebase connector

muelles de masa de reacción a basereaction mass springs to base

muelles de masa de reacción a carga útil ensamble de bloque motorreaction mass springs to payload cylinder block assembly

soportes de accionamiento a ejeshaft drive supports

ejes de muelle de accionamientodrive spring shafts

brida de muelle superiortop spring flange

muelles de accionamiento a cargaloaded drive springs

soportes verticales de carga útilvertical payload mounts

placa superior de carga útiltop payload plate

placa inferior de carga útilpayload bottom plate

muelles de carga útil a basebase payload docks

orificios de eje de muelle del accionamiento conjuntos de motordrive spring shaft holes motor assemblies

soportes de motor engine mounts

144 disipador de calor144 heat sink

146 conector de alimentación146 power connector

148 conector de retroalimentación148 feedback connector

150 orificios de acceso150 access holes

160 carcasa de estator de motor160 motor stator housing

162 cojinete de auto-alineación162 self-aligning bearing

164 muelles ondulados164 wave springs

166 estator de motor166 motor stator

168 rotor de motor168 motor rotor

170 eje de motor170 motor shaft

172 chavetas172 keys

176 separador de contrapeso176 counterweight spreader

178 cojinete de bolas de contacto angular178 angular contact ball bearing

180 rotor de resolver180 rotor resolve

182 carcasa de peso de motor182 motor weight casing

184 estator de resolver184 stator resolve

190 anillo de retención190 snap ring

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Con referencia a las Figs. 1-4, se presenta un ejemplo que no forma parte de la presente invención. El dispositivo 10 comprende tres masas móviles independientes (masa 11 intermedia, masa 12 de oscilador y carga 13 útil) y cuatro lechos de muelles o sistemas de muelle distintos (muelles 24 de masa de carga útil a suelo, muelles 25 de masa de oscilador a masa intermedia, muelles 26 de masa intermedia a carga útil y muelles 27 de masa intermedia a suelo) que están alojados en estructura 7 rígida. La masa 12 de oscilador está situada preferiblemente entre las otras dos masas. La masa 11 intermedia está situada preferiblemente por debajo de la masa 12 de oscilador. La carga 13 útil está situada preferiblemente por encima de la masa 12 de oscilador. Preferiblemente, todas las masas están construidas en acero o alguna aleación comparable.With reference to Figs. 1-4, an example is presented that does not form part of the present invention. The device 10 comprises three independent moving masses (intermediate mass 11, oscillator mass 12 and payload 13) and four different spring beds or spring systems (payload mass springs 24 to ground, oscillator mass springs 25 to ground). intermediate mass, intermediate mass springs 26 to payload and intermediate mass springs 27 to ground) that are housed in rigid structure 7. The oscillator ground 12 is preferably located between the other two ground. The intermediate ground 11 is preferably located below the oscillator ground 12. The payload 13 is preferably located above the oscillator mass 12. Preferably, all the masses are constructed of steel or some comparable alloy.

La masa 12 de oscilador está conectada de manera rígida a dos accionamientos 38 del oscilador (por ejemplo, dos servomotores de corriente continua (CC)) y está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de los puntales 43 de alineación de oscilador a masa intermedia (en el que preferiblemente dos de ellos están conectados de manera rígida a la masa 12 de oscilador), muelles 25 de oscilador a masa intermedia (que comprenden cuatro muelles compatibles), dos retenedores 40 y dos tuercas 41 de bloqueo. La masa 11 intermedia está conectada de manera móvil a la estructura 37 rígida por medio de puntales 53 de alineación de masa intermedia a suelo (en el que preferiblemente cuatro de ellos están conectados de manera rígida a la estructura 37 rígida), muelles 27 de masa intermedia a suelo (que comprenden ocho muelles compatibles), cuatro retenedores 40 y cuatro tuercas 41 de bloqueo. La carga 13 útil está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de puntales 55 de masa de carga útil a masa intermedia (en el que preferiblemente dos de ellos están conectados de manera rígida a la masa 13 de carga útil), muelles 26 de masa de carga útil a masa intermedia (que comprenden cuatro muelles compatibles), dos retenedores 41 y dos tuercas 40 de bloqueo. Un extremo de los muelles 26 de masa de carga útil a masa intermedia se apoya en los topes 30 que están preferiblemente conectados de manera rígida a los puntales 55 de masa de carga útil a masa intermedia. La carga 13 útil está conectada también de manera móvil a la estructura 37 rígida por medio de puntales 39 de alineación de masa de carga útil a suelo (en el que preferiblemente cuatro de ellos están conectados de manera rígida a la carga 13 útil), muelles 24 de masa de carga útil a suelo (que comprenden ocho muelles compatibles), cuatro retenedores 40 y cuatro tuercas 41 de bloqueo.Oscillator ground 12 is rigidly connected to two oscillator drives 38 (eg, two direct current (DC) servo motors) and is movably connected to intermediate ground 11 via oscillator alignment struts 43 . to intermediate ground (wherein preferably two of them are rigidly connected to oscillator ground 12), oscillator to intermediate ground springs 25 (comprising four compatible springs), two retainers 40 and two lock nuts 41. The intermediate mass 11 is movably connected to the rigid structure 37 by means of intermediate mass alignment struts 53 to the ground (in which preferably four of them are rigidly connected to the rigid structure 37), mass springs 27 intermediate to floor (comprising eight compatible springs), four retainers 40 and four locking nuts 41. The payload 13 is movably connected to the intermediate mass 11 by means of payload mass to intermediate mass struts 55 (wherein preferably two of them are rigidly connected to the payload mass 13), springs 26 from payload mass to intermediate mass (comprising four compatible springs), two retainers 41 and two lock nuts 40. One end of the payload mass to intermediate mass springs 26 abuts against stops 30 which are preferably rigidly connected to the payload mass to intermediate mass struts 55 . The payload 13 is also movably connected to the rigid structure 37 by means of ground payload mass alignment struts 39 (preferably four of which are rigidly connected to the payload 13), springs 24 payload mass to ground (comprising eight compatible springs), four retainers 40 and four lock nuts 41.

La Fig. 2 es una vista lateral derecha del ejemplo presentado en la Fig. 1 que muestra detalles adicionales. Es evidente que la masa 11 intermedia soporta la masa 13 de carga útil y la masa 12 de oscilador en paralelo. Además, la masa 12 de oscilador no está conectada directamente a la masa 13 de carga útil. En esta figura, no se muestra una parte de la cubierta de uno de los servomotores 38, de manera que uno de los ejes 57 de motor y una de las masas 56 excéntricas sean visibles.Fig. 2 is a right side view of the example presented in Fig. 1 showing additional details. It is evident that the intermediate mass 11 supports the payload mass 13 and the oscillator mass 12 in parallel. Furthermore, the oscillator ground 12 is not directly connected to the payload ground 13. In this figure, a cover part of one of the servo motors 38 is not shown, so that one of the motor shafts 57 and one of the 56 eccentric masses are visible.

En otro ejemplo, el dispositivo 10 comprende además una cámara 60 de mezclado. Preferiblemente, la cámara 60 de mezclado está fijada a la masa 11 intermedia o la carga 13 útil. La masa que no tiene la cámara 60 de mezclado fijada a la misma puede ser dividida también en múltiples masas, cada una con sus propios medios de fijación de miembros elásticos para fijar la masa a la masa que no tiene la cámara 60 de mezclado fijada a la misma.In another example, the device 10 further comprises a mixing chamber 60. Preferably, the mixing chamber 60 is fixed to the intermediate mass 11 or the payload 13. The dough that does not have the mixing chamber 60 attached to it may also be divided into multiple doughs, each with its own elastic member attachment means for attaching the dough to the dough that does not have the mixing chamber 60 attached to it. the same.

Con referencia a las Figs. 3 y 4, el ejemplo de las Figs. 1 y 2 se ilustra con elementos eliminados desde la esquina del dispositivo 10 que está más cerca del observador en la Fig. 3. En estas vistas, ambas unidades 38 de oscilador son visibles.With reference to Figs. 3 and 4, the example of Figs. 1 and 2 is illustrated with elements removed from the corner of the device 10 that is closest to the viewer in Fig. 3. In these views, both oscillator units 38 are visible.

En todavía otro ejemplo, pueden añadirse servomotores 38 adicionales al dispositivo 10 para permitir variabilidad de la fuerza de impulso mientras el dispositivo 10 está en funcionamiento. Con la adición de dos servomotores 38 más con masas 56 excéntricas idénticas, puede conseguirse una cancelación total de las fuerzas. Esto se consigue estableciendo que todos los ejes del motor sean paralelos entre sí, con dos motores que giran en sentido horario y dos motores que giran en sentido antihorario. Preferiblemente, las masas 56 excéntricas se seleccionan de manera que cancelen todas las fuerzas en el arranque ajustando el ángulo de fase a 180 grados para pares de motores de rotación contraria. Cuando los motores han alcanzado la frecuencia de rotación deseada, las masas 56 excéntricas son desplazadas fuera de fase, creando de esta manera una fuerza de impulso. El movimiento del ángulo de fase se consigue desacelerando dos de los motores durante una fracción de una revolución y a continuación restableciendo la frecuencia de rotación seleccionada de manera que las masas excéntricas ya no se opongan entre sí. La deceleración de los motores es realizada mediante una unidad de control de movimiento de servomotor.In yet another example, additional servo motors 38 may be added to device 10 to allow for variability in driving force while device 10 is in operation. With the addition of two more servo motors 38 with identical eccentric masses 56, a total cancellation of the forces can be achieved. This is achieved by setting all the motor shafts to be parallel to each other, with two motors rotating clockwise and two motors rotating counterclockwise. Preferably, the eccentric masses 56 are selected so as to cancel all forces at startup by setting the phase angle to 180 degrees for pairs of counter-rotating motors. When the motors have reached the desired frequency of rotation, the eccentric masses 56 are moved out of phase, thus creating a driving force. Phase angle movement is achieved by decelerating two of the motors for a fraction of a revolution and then resetting the selected rotational frequency so that the eccentric masses no longer oppose each other. The deceleration of the motors is performed by a servomotor motion control unit.

La operación del ejemplo ilustrado en las Figs. 1-4 se consigue mediante la rotación sincronizada por parte de los servomotores 8 de pesos 56 excéntricos de masa y propiedades de inercia iguales que está fijados a cada extremo de los ejes 57 de los servomotores 38. La sincronización de la rotación de los dos ejes 57 es realizada mediante controles electrónicos. Los ejes 57 giratorios de los dos servomotores 38 están orientados paralelos entre sí y son operados en direcciones de rotación opuestas con sus pesos 56 excéntricos opuestos entre sí en el eje horizontal y coincidentes en el eje vertical. Esta disposición produce fuerzas lineales sustancialmente verticales con cancelación de las fuerzas horizontales.The operation of the example illustrated in Figs. 1-4 is achieved by the synchronized rotation by the servomotors 8 of eccentric weights 56 of equal mass and inertial properties that are fixed to each end of the axes 57 of the servomotors 38. The synchronization of the rotation of the two axes 57 is performed by electronic controls. The rotary axes 57 of the two servomotors 38 are oriented parallel to each other and are operated in opposite directions of rotation with their eccentric weights 56 opposite each other on the horizontal axis and coincident on the vertical axis. This arrangement produces substantially vertical linear forces with cancellation of the horizontal forces.

El eje de la línea central de cada uno de los ejes 57 y el centroide de las masas 56 excéntricas fijadas forman un plano de masas. En el transcurso de una revolución, la posición inicial tiene los planos de masas paralelos entre sí con las masas 56 excéntricas en cada eje por encima del plano del motor definido por los dos ejes 57 de motor paralelos. En un cuarto de vuelta, los planos de masa coinciden con el plano de motor y los pesos 56 excéntricos de cada uno de los ejes 57 están más próximos entre sí. Las fuerzas centrífugas creadas por las masas 56 excéntricas son trasladadas en el plano motor. Esta fuerza tiene la misma magnitud, pero dirección opuesta, para cada uno de los ejes 57. Esto cancela de manera efectiva la fuerza en el plano del motor. En una media revolución, los planos de masas son de nuevo perpendiculares al plano motor y las masas 56 excéntricas están todas por debajo del plano motor. La fuerza centrífuga que actúa sobre cada uno de los ejes 57 es en la misma dirección, perpendicular al plano motor. En las tres cuartas partes de una revolución, los planos de masas y el plano motor coinciden de nuevo, pero las masas 56 excéntricas de cada uno de los ejes 57 están orientadas alejándose una de la otra. Aquí, una vez más, las fuerzas centrífugas creadas por las masas 56 excéntricas son trasladadas en el plano motor. Una vez más, esta fuerza es de la misma magnitud, pero de dirección opuesta, para cada uno de los ejes 57. Esto cancela de manera efectiva la fuerza en el plano del motor. En una revolución completa, los planos de masas son de nuevo perpendiculares al plano motor y las masas 56 excéntricas están todas ellas por encima del plano motor. La fuerza centrífuga que actúa sobre cada uno de los ejes tiene la misma dirección, perpendicular al plano motor. La fuerza que actúa perpendicular al plano del motor es trasladada verticalmente a través de los muelles de conexión a la masa 11 intermedia. Entonces, se consigue una traslación adicional a través de guías lineales y los muelles desde la masa 11 intermedia a la masa 13 de carga útil. Los muelles que comprenden lechos 24, 25, 26 y 27 de muelles son seleccionados para optimizar la transmisión de fuerza a través de la masa 11 intermedia a la masa 13 de carga útil y para minimizar la transmisión a la estructura 37 de soporte y al entorno circundante.The centerline axis of each of the shafts 57 and the centroid of the attached eccentric masses 56 form a mass plane. Over the course of one revolution, the home position has the ground planes parallel to each other with the eccentric masses 56 on each axis above the motor plane defined by the two parallel motor shafts 57 . Within a quarter of a turn, the ground planes coincide with the motor plane and the eccentric weights 56 on each of the shafts 57 are closer together. The centrifugal forces created by the eccentric masses 56 are translated into the motor plane. This force has the same magnitude, but opposite direction, for each of the axes 57. This effectively cancels the force in the plane of the motor. In a half revolution, the mass planes are again perpendicular to the drive plane and the eccentric masses 56 are all below the drive plane. The centrifugal force acting on each of the shafts 57 is in the same direction, perpendicular to the motor plane. At three-fourths of a revolution, the mass planes and motor plane coincide again, but the eccentric masses 56 on each of the shafts 57 are oriented away from each other. Here, once again, the centrifugal forces created by the eccentric masses 56 are translated into the motor plane. Once again, this force is of the same magnitude, but opposite direction, for each of the axes 57. This effectively cancels the force in the plane of the motor. In one complete revolution, the mass planes are again perpendicular to the drive plane and the eccentric masses 56 are all above the drive plane. The centrifugal force acting on each of the axes has the same direction, perpendicular to the motor plane. The force acting perpendicular to the plane of the motor is translated vertically through the connecting springs to the intermediate mass 11. A further translation is then achieved via linear guides and the springs from the intermediate mass 11 to the payload mass 13. The springs comprising spring beds 24, 25, 26 and 27 are selected to optimize the transmission of force through the intermediate mass 11 to the payload mass 13 and to minimize the transmission to the supporting structure 37 and the environment. surrounding.

La operación en resonancia se determina cuando se maximiza la disparidad entre el nivel de vibración de la masa de carga útil y el nivel de vibración de la masa de accionamiento. Este estado resonante depende del sistema muelle/masa seleccionado. Preferiblemente, las características de los muelles y los pesos de las masas se eligen de manera que el estado resonante pueda conseguirse para el peso de carga útil anticipado.Resonant operation is determined when the disparity between the vibration level of the payload mass and the vibration level of the drive mass is maximized. This resonant state depends on the selected spring/mass system. Preferably, the spring characteristics and mass weights are chosen such that the resonant state can be achieved for the anticipated payload weight.

La operación en el estado resonante no siempre es necesaria para conseguir el nivel de mezclado deseado. La operación cerca de la resonancia proporciona una amplitud y aceleraciones sustanciales para producir un mezclado significativo. Los niveles de mezclado deseados se establecen satisfaciendo los requisitos de tiempo con los requisitos de dispersión. Para mezclar más rápida o más vigorosamente, la amplitud es aumentada operando más cerca de la resonancia. La operación está típicamente dentro de 10 Hz de la resonancia. A medida que la frecuencia se acerca al estado resonante, pequeños cambios producen grandes resultados (la pendiente de la curva frecuencia frente a amplitud cambia rápidamente a medida que se acerca al estado resonante).Operation in the resonant state is not always necessary to achieve the desired level of mixing. Operation near resonance provides substantial amplitude and accelerations to produce significant mixing. Desired mixing levels are established by matching time requirements with dispersion requirements. To mix faster or more vigorously, the amplitude is increased by operating closer to resonance. Operation is typically within 10 Hz of resonance. As the frequency approaches the resonant state, small changes produce large results (the slope of the frequency curve versus amplitude changes rapidly as the resonant state is approached).

El recipiente 60 de mezclado (en el que se colocan los materiales para el mezclado) es fijado preferiblemente a la masa 3 de carga útil. Se consigue un mezclado vigoroso cuando la fuerza transmitida se convierte en una aceleración y en una amplitud de desplazamiento que empujan los componentes de la mezcla hacia arriba y hacia abajo, produciendo un flujo toroidal con remolinos secundarios.The mixing container 60 (in which the materials for mixing are placed) is preferably attached to the mass 3 of payload. Vigorous mixing is achieved when the transmitted force is converted into an acceleration and displacement amplitude that push the components of the mixture up and down, producing a toroidal flow with secondary eddies.

En un ejemplo adicional, se añaden dos servomotores 38 adicionales al mecanismo mostrado en las Figs. 1-4. Los dos servomotores 38 adicionales están equipados con pesos 56 excéntricos que tienen las mismas características físicas que las indicadas anteriormente. Con estos motores 38 adicionales, es posible un control de la fuerza de impulso. Esto se consigue controlando el ángulo de fase relativo entre los dos conjuntos de motores 38. De una manera similar a la descrita anteriormente, los dos conjuntos de servomotores 38 son controlados eléctricamente para conseguir una cancelación total de las fuerzas en todas las frecuencias. Una vez conseguida la frecuencia deseada, el ángulo de fase relativo entre los dos conjuntos de motores es cambiado hasta que se consigue la fuerza de impulso deseada. Esta disposición tiene la ventaja añadida de producir una fuerza y una frecuencia variables. En otro ejemplo, los miembros elásticos variables son sustituidos por muelles 24, 25, 26 y/o 27 para permitir cambios en la frecuencia de resonancia. Esta adición permite también una mayor variabilidad en la carga útil sin sacrificar el rendimiento. Los miembros elásticos variables pueden ser controlados mecánica o electrónicamente. Los ejemplos de dichos dispositivos son fuelles llenos de aire, muelles de hoja de longitud variable, cuñas de muelles helicoidales, muelles bimetálicos piezoeléctricos o cualquier otro miembro que pueda ser usado como un miembro elástico que tenga también la capacidad de que su índice de elasticidad cambie o si no se vea afectado.In a further example, two additional servomotors 38 are added to the mechanism shown in Figs. 1-4. The two additional servomotors 38 are equipped with eccentric weights 56 that have the same physical characteristics as those indicated above. With these additional motors 38, a control of the driving force is possible. This is accomplished by controlling the relative phase angle between the two sets of motors 38. In a manner similar to that described above, the two sets of servo motors 38 are electrically controlled to achieve full cancellation of forces at all frequencies. Once the desired frequency is achieved, the relative phase angle between the two sets of motors is changed until the desired driving force is achieved. This arrangement has the added advantage of producing variable force and frequency. In another example, the variable elastic members are replaced by springs 24, 25, 26 and/or 27 to allow for changes in resonant frequency. This addition also allows for greater payload variability without sacrificing performance. The variable elastic members can be mechanically or electronically controlled. Examples of such devices are air-filled bellows, variable-length leaf springs, coil spring wedges, bimetallic piezoelectric springs, or any other member that can be used as an elastic member that also has the ability to have its spring rate change. or if it is not affected.

En lugar de un mezclado mediante una inducción de flujo de fluido a granel, tal como es el caso para una agitación mediante impulsor, la agitación ResonantSonic® producida por la presente invención realiza el mezclado induciendo turbulencia a microescala mediante la propagación de ondas acústicas a través del medio. Es diferente de la agitación ultrasónica, ya que la frecuencia de la energía acústica es más baja y la escala del mezclado es mayor. Otra diferencia distintiva con respecto a la tecnología ultrasónica es que los dispositivos ResonantSonic® son agitadores simples, accionados mecánicamente, que pueden hacerse lo suficientemente grandes para realizar tareas a escala industrial a un coste razonable.Instead of mixing by inducing bulk fluid flow, as is the case for impeller agitation, ResonantSonic® agitation produced by the present invention performs mixing by inducing microscale turbulence by propagating acoustic waves through medium. It is different from ultrasonic agitation in that the frequency of acoustic energy is lower and the mixing scale is larger. Another distinctive difference from ultrasonic technology is that ResonantSonic® devices are simple, mechanically driven shakers that can be made large enough to perform industrial-scale tasks at a reasonable cost.

Una diferencia entre la tecnología de agitación acústica descrita en la presente memoria y la agitación con impulsor convencional es la escala a la que se produce el mezclado completo. En la agitación con impulsor, el mezclado se produce mediante la creación de remolinos de gran escala que se reducen a remolinos de menor escala cuando la energía es disipada por fuerzas viscosas. Con la agitación acústica, el mezclado se produce mediante transmisión acústica, que es el flujo de fluido independiente del tiempo inducido por un campo de sonido. Es causada por la conservación del momento disipado por la absorción y la propagación del sonido en el fluido. La transmisión acústica transporta remolinos a "microescala" a través del fluido, que se estima que son del orden de 100-200 |jm. Aunque los remolinos son a microescala, todo el reactor se mezcla bien en un tiempo extremadamente corto debido a que la transmisión acústica causa que los vórtices a microescala sean transmitidos de manera uniforme a lo largo del fluido. El dispositivo 10 en las Figs. 1-4 es operado preferiblemente en resonancia para producir un desplazamiento y una aceleración intensos para proporcionar un potencial mezclado vigoroso. La Fig. 5 muestra un aspecto de la respuesta del ejemplo presentado en las Figs. 1-4 a la operación en varias frecuencias de oscilador. El gráfico muestra la fuerza transmitida al suelo por el dispositivo 10 cuando es operado en cada frecuencia indicada. La operación en la primera frecuencia armónica del dispositivo 10 (punto A) y en la segunda frecuencia armónica del dispositivo 10 (punto B) se indican mediante los picos de fuerza mostrados en el gráfico. Durante la operación, un usuario selecciona una frecuencia operativa en o cerca del tercer modo (es decir, en o cerca de la tercera frecuencia armónica del dispositivo 10 o punto C) según sea apropiado para el nivel de mezclado deseado.One difference between the acoustic agitation technology described herein and conventional impeller agitation is the scale at which complete mixing occurs. In impeller agitation, mixing occurs by creating large-scale eddies that are reduced to smaller-scale eddies when energy is dissipated by viscous forces. With acoustic agitation, mixing occurs by acoustic transmission, which is the time-independent flow of fluid induced by a sound field. It is caused by the conservation of momentum dissipated by the absorption and propagation of sound in the fluid. Acoustic transmission transports "microscale" eddies through the fluid, estimated to be on the order of 100-200 µm. Although the eddies are microscale, the entire reactor mixes well in an extremely short time because acoustic transmission causes the microscale vortices to be transmitted uniformly throughout the fluid. The device 10 in Figs. 1-4 is preferably operated at resonance to produce strong displacement and acceleration to provide vigorous mixing potential. Fig. 5 shows an aspect of the response of the example presented in Figs. 1-4 to operation at various oscillator frequencies. The graph shows the force transmitted to the ground by the device 10 when it is operated at each indicated frequency. Operation at the first harmonic frequency of device 10 (point A) and at the second harmonic frequency of device 10 (point B) are indicated by the force peaks shown on the graph. During operation, a user selects an operating frequency at or near the third mode (ie, at or near the third harmonic frequency of device 10 or point C) as appropriate for the level of mixing desired.

La Fig. 6 muestra otro aspecto de la respuesta del ejemplo presentado en las Figs. 1-4 para la operación en varias frecuencias de oscilador. Se ilustra la fase de movimiento de la masa 13 de carga útil y la masa de reacción (por ejemplo, la masa 11 intermedia). Por encima de una frecuencia de aproximadamente 40 Hercios (Hz), la diferencia de fase entre la masa 13 de carga útil y la masa de reacción es de aproximadamente 180 grados, lo que indica que se están moviendo en direcciones opuestas.Fig. 6 shows another aspect of the response of the example presented in Figs. 1-4 for operation at various oscillator frequencies. The phase of movement of the payload mass 13 and the reaction mass (eg, the intermediate mass 11) is illustrated. Above a frequency of about 40 Hertz (Hz), the phase difference between the payload mass 13 and the reaction mass is about 180 degrees, indicating that they are moving in opposite directions.

Las Figs. 7, 8 y 9 son realizaciones de la presente invención que son alternativas al sistema de tres masas de las Figs. 1-4, pero que difieren de esos ejemplos en el tipo de transductores 38 de fuerza usados. Estas figuras representan un dispositivo 10 que es excitado por transductores 38 de fuerza electromagnéticos lineales en oposición a los ejemplos de las Figs. 1-4. Todas las demás funciones del dispositivo 10 son equivalentes a la realización preferida descrita anteriormente.Figs. 7, 8 and 9 are embodiments of the present invention that are alternatives to the three-mass system of Figs. 1-4, but differ from those examples in the type of force transducers 38 used. These figures depict a device 10 that is driven by linear electromagnetic force transducers 38 as opposed to the examples of Figs. 1-4. All other functions of device 10 are equivalent to the preferred embodiment described above.

Con referencia a la Fig. 7, un único transductor 38 de fuerza electromagnético lineal está fijado de manera rígida a un lado de la masa 12 de oscilador. La masa 12 de oscilador está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de muelles 25 de oscilador a masa intermedia. La masa 13 de carga útil está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de muelles 26 de carga útil a masa intermedia. La masa 11 intermedia está conectada de manera móvil a la base 37 por medio de muelles 27 de masa intermedia a suelo. Con referencia a la Fig. 8, la masa 12 de oscilador y la masa 13 de carga útil están situadas aproximadamente a la misma elevación y ambas están por encima de la masa 12 intermedia. Esto ilustra que las ubicaciones relativas de las masas pueden variar entre las realizaciones.Referring to Fig. 7, a single linear electromagnetic force transducer 38 is rigidly attached to one side of the oscillator mass 12. Oscillator ground 12 is movably connected to ground 11 intermediate by means of oscillator springs 25 to intermediate mass. The payload mass 13 is movably connected to the intermediate mass 11 by means of payload-to-intermediate-mass springs 26 . The intermediate mass 11 is movably connected to the base 37 by means of intermediate mass springs 27 to the ground. Referring to Fig. 8, oscillator mass 12 and payload mass 13 are located at approximately the same elevation and both are above intermediate mass 12. This illustrates that the relative locations of the masses may vary between embodiments.

Con referencia a la Fig. 9, un único transductor 38 de fuerza electromagnético lineal está fijado de manera rígida a la mitad de la masa 12 de oscilador. La masa 12 de oscilador está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de muelles 25 de oscilador a masa intermedia. La masa 13 de carga útil está conectada de manera móvil a la masa 11 intermedia por medio de muelles 26 de carga útil a masa intermedia. La masa 11 intermedia está conectada de manera móvil a la base 37 por medio de muelles 27 de masa intermedia a suelo.Referring to Fig. 9, a single linear electromagnetic force transducer 38 is rigidly attached to one half of the oscillator mass 12. The oscillator mass 12 is movably connected to the intermediate mass 11 by means of intermediate mass oscillator springs 25 . The payload mass 13 is movably connected to the intermediate mass 11 by means of payload-to-intermediate-mass springs 26 . The intermediate mass 11 is movably connected to the base 37 by means of intermediate mass springs 27 to the ground.

Con referencia a la Fig. 10, las aceleraciones producidas por los sistemas de tres masas del tipo descrito en la presente memoria son comparadas con las aceleraciones producidas por los sistemas de dos masas descritos en la técnica antecedente. Los puntos en la línea F representan las aceleraciones de la masa del oscilador producidas por las entradas de fuerza asociadas y los puntos en la línea G representan las aceleraciones de la masa de carga útil producidas por las entradas de fuerza asociadas en un sistema de dos masas. Los puntos en la línea H representan las aceleraciones de la masa de oscilador producidas por las entradas de fuerza asociadas y los puntos en la línea I representan las aceleraciones de la masa de carga útil producidas por las entradas de fuerza asociadas en un sistema de tres masas.Referring to Fig. 10, accelerations produced by three-mass systems of the type described herein are compared to accelerations produced by two-mass systems described in the prior art. Points on line F represent oscillator mass accelerations produced by associated force inputs and points on line G represent payload mass accelerations produced by associated force inputs in a two-mass system . Points on line H represent oscillator mass accelerations produced by associated force inputs and points on line I represent payload mass accelerations produced by associated force inputs in a three-mass system .

Con referencia a la Fig. 11, se presenta un diagrama de cuerpo libre de la realización preferida de la invención de las Figs. 1-4. Las siguientes son las ecuaciones de movimiento del dispositivo 10:Referring to Fig. 11, a free body diagram of the preferred embodiment of the invention of Figs. 1-4. The following are the equations of motion for device 10:

m1a1 = - k1X1 - cw1 k2(x2 - X1) k3(x3 - X1) c2(v2 - v1) c3(v3 - v1)m1a1 = - k1X1 - cw1 k2(x2 - X1) k3(x3 - X1) c2(v2 - v1) c3(v3 - v1)

m2a2 = - k2(x2 - X1) - c2(v2 - v1) Fm2a2 = - k2(x2 - X1) - c2(v2 - v1) F

m3a3 = - k3(X3 - X1) - c3(v3 -v1) - k4X3 - c4v3m3a3 = - k3(X3 - X1) - c3(v3 -v1) - k4X3 - c4v3

dondewhere

mx = masa xmx = mass x

kx = índice de elasticidad del muelle xkx = index of elasticity of the spring x

cx = coeficiente de amortiguamiento del amortiguador xcx = damping coefficient of shock absorber x

xx = posición de la masa xxx = position of mass x

vx = velocidad de la masa xvx = velocity of mass x

ax = aceleración de la masa xax = acceleration of mass x

F = fuerza aplicadaF = applied force

Resolviendo estas ecuaciones simultáneamente, pueden seleccionarse los pesos apropiados para las masas y los índices de elasticidad y los coeficientes de amortiguamiento apropiados para los muelles para las realizaciones preferidas de la invención. Una persona con conocimientos ordinarios en la técnica sería capaz de escribir ecuaciones similares para otras realizaciones de la invención.By solving these equations simultaneously, the appropriate mass weights and spring rates and damping coefficients for the springs can be selected for the preferred embodiments of the invention. A person of ordinary skill in the art would be able to write similar equations for other embodiments of the invention.

Hay un número infinito de soluciones a las tres ecuaciones de movimiento anteriores que describen el movimiento del sistema de tres masas del dispositivo 10. La optimización del sistema depende de la operación deseada del sistema. En general, la selección de la masa y los tamaños de muelle está sujeta a maximizar la amplitud de la carga útil, minimizar las fuerzas transmitidas al suelo y minimizar la amplitud del accionamiento. Una realización preferida usa los índices de elasticidad somo sigue; ki/ki = 1, k2/k1 = 4,6, lo/k1 = 3,9, IWki 1,3, y relaciones de masa de; m1/m1 = 1, m2/m1 = 1,17, m3/m1 = 0,6. Las constantes de amortiguación son el resultado de la amortiguación natural en la realización preferida y no son componentes reales. Por lo tanto, los valores de las constantes de amortiguación son determinadas preferiblemente mediante ensayos después de la fabricación de una realización. Con referencia a las Figs. 12-19, se presenta otra realización preferida del dispositivo 10. Tal como se muestra en la Fig. 12, el sistema 70 resonante está esencialmente encerrado por el conjunto 72 de base en esta realización.There are an infinite number of solutions to the above three equations of motion that describe the motion of the three-mass system of device 10. Optimization of the system depends on the desired operation of the system. In general, the selection of spring mass and sizes is subject to maximizing payload amplitude, minimizing forces transmitted to the ground, and minimizing actuation amplitude. A preferred embodiment uses the spring rates as follows; ki/ki = 1, k2/k1 = 4.6, lo/k1 = 3.9, IWki 1.3, and mass ratios of; m1/m1 = 1, m2/m1 = 1.17, m3/m1 = 0.6. The damping constants are the result of natural damping in the preferred embodiment and are not real components. Therefore, the values of the damping constants are preferably determined by tests after the manufacture of an embodiment. With reference to Figs. 12-19, another preferred embodiment of device 10 is presented. As shown in Fig. 12, resonant system 70 is essentially enclosed by base assembly 72 in this embodiment.

Con referencia a la Fig. 13, el conjunto 72 de base está retirado del dispositivo 10 para mostrar solo una realización preferida del sistema 70 resonante. En esta realización, el conjunto 70 resonante comprende el conjunto 74 de carga útil, el conjunto 76 de accionamiento y el conjunto 78 de masa de reacción.Referring to Fig. 13, base assembly 72 is removed from device 10 to show only one embodiment. preferred system 70 resonant. In this embodiment, resonant assembly 70 comprises payload assembly 74, drive assembly 76, and reaction mass assembly 78.

Con referencia a la Fig. 14, el sistema 70 resonante está retirado del dispositivo 10 para mostrar solo una realización preferida del conjunto 70 de base. El conjunto 70 de base comprende cuatro patas 80 de base con cada par adyacente de las patas 80 de base conectadas por dos conjuntos 82 de conector de pata. Un soporte 84 de muelle inferior y un soporte 86 de muelle superior están fijados a cada una de las patas 80 de base. Preferiblemente, una pata 88 de base está fijada a la parte inferior de cada una de las patas 80 de base.Referring to Fig. 14, resonant system 70 is removed from device 10 to show only one preferred embodiment of base assembly 70. Base assembly 70 comprises four base legs 80 with each adjacent pair of base legs 80 connected by two leg connector assemblies 82 . A lower spring support 84 and an upper spring support 86 are attached to each of the base legs 80 . Preferably, a base leg 88 is attached to the bottom of each of the base legs 80.

Con referencia a la Fig. 15, se presenta una realización preferida del conjunto 78 de masa de reacción. En una realización preferida, se incluyen cuatro conjuntos de masa de reacción en el sistema 70 resonante. En esta realización, el conjunto 78 de masa de reacción comprende dos tramos 100 que están conectados por montantes 102. En una realización preferida, un peso 104 de ajuste está fijado a cada uno de los montantes 102. Los conectores 106 de base soportan cada una de las dos masas de reacción a los muelles 108 de base. En una realización preferida, los muelles 108 de masa de reacción a base son la Parte N° RHL 200 - 400 de Moeller Manufacturing Company de Plymouth, Michigan. Los muelles 110 de masa de reacción a carga útil conectan de manera móvil el conjunto 78 de masa de reacción al conjunto 74 de carga útil. En una realización preferida, los muelles 110 de masa de reacción a carga útil son la Parte N° RHL 250 - 450 de Moeller Manufacturing Company de Plymouth, Michigan.Referring to Fig. 15, a preferred embodiment of the reaction mass assembly 78 is presented. In a preferred embodiment, four sets of reaction mass are included in the resonant system 70. In this embodiment, the reaction mass assembly 78 comprises two legs 100 that are connected by struts 102. In a preferred embodiment, an adjustment weight 104 is attached to each of the struts 102. Base connectors 106 support each of the two reaction masses to the base springs 108. In a preferred embodiment, the base reaction mass springs 108 are Part No. RHL 200-400 from Moeller Manufacturing Company of Plymouth, Michigan. Reaction mass to payload springs 110 movably connect reaction mass assembly 78 to payload assembly 74 . In a preferred embodiment, the reaction mass to payload springs 110 are Part No. RHL 250-450 from Moeller Manufacturing Company of Plymouth, Michigan.

En una realización preferida, un sistema de tres masas es ajustado de manera que minimice las fuerzas transmitidas al suelo. Esto se consigue seleccionando una masa de reacción (masa m3) de manera que las fuerzas al suelo se cancelen. A partir de la Fig. 6, es evidente que la masa m1 (masa de carga útil) y la masa m3 (masa de reacción) están desfasadas 180 grados (moviéndose en direcciones opuestas). Si los pesos de las masas son iguales, o están ligeramente modificados por las constantes de amortiguamiento naturales, las fuerzas se cancelarán para que se transfiera al suelo una fuerza neta nula.In a preferred embodiment, a three-mass system is adjusted to minimize forces transmitted to the ground. This is achieved by selecting a reaction mass (mass m3) such that the ground forces cancel. From Fig. 6, it is evident that the mass m1 (payload mass) and the mass m3 (reaction mass) are 180 degrees out of phase (moving in opposite directions). If the weights of the masses are the same, or slightly modified by the natural damping constants, the forces will cancel so that zero net force is transferred to the ground.

Con referencia a la Fig. 16, se presenta una realización preferida del conjunto 76 de accionamiento. En esta realización, el conjunto 76 de accionamiento comprende un conjunto 120 de bloque motor al que se fijan dos soportes 122 de accionamiento a eje. Dos ejes 124 de muelle de accionamiento están fijados a los extremos de cada uno de los soportes 122 de eje. Una brida 126 de muelle superior está fijada a la parte superior de cada uno de los ejes 124 de muelle de accionamiento. En una realización preferida, ocho muelles 128 de accionamiento a carga útil están fijados a cada extremo de cada uno de los soportes 122 de accionamiento a eje y a cada brida de muelle superior. Los muelles 128 de accionamiento a carga útil conectan de manera móvil el conjunto 76 de accionamiento al conjunto 74 de carga útil. En una realización preferida, los muelles 128 de accionamiento a carga útil son la Parte N° RHL 125 - 450 de Moeller Manufacturing Company de Plymouth, Michigan.Referring to Fig. 16, a preferred embodiment of drive assembly 76 is presented. In this embodiment, the drive assembly 76 comprises a powerhead assembly 120 to which two shaft drive mounts 122 are attached. Two drive spring pins 124 are attached to the ends of each of the pin supports 122 . An upper spring flange 126 is attached to the top of each of the drive spring shafts 124 . In a preferred embodiment, eight drive-to-payload springs 128 are attached to each end of each of the drive-to-shaft mounts 122 and to each upper spring flange. Drive-to-payload springs 128 movably connect drive assembly 76 to payload assembly 74 . In a preferred embodiment, the drive-to-payload springs 128 are Part No. RHL 125-450 from Moeller Manufacturing Company of Plymouth, Michigan.

Con referencia a la Fig. 17, se presenta una realización preferida del conjunto 74 de carga útil. En esta realización, el conjunto 76 de accionamiento comprende ocho soportes 130 verticales de carga útil a los cuales están fijadas una placa 132 superior de carga útil y una placa 134 inferior de carga útil. Tanto la placa 132 superior de carga útil como la placa 134 inferior de carga útil tienen cuatro orificios 138 de eje de muelle de accionamiento a través de los cuales pasan los ejes 124 de muelle de accionamiento cuando se ensambla el dispositivo 10. Preferiblemente, ocho muelles 136 de carga útil a base están fijados a la placa 132 superior de carga útil y ocho muelles 136 de carga útil a base están fijados a la placa 134 inferior de carga útil. Los muelles 136 de carga útil a base conectan de manera móvil el conjunto 74 de carga útil al conjunto 72 de base. En una realización preferida, los muelles 136 de carga útil a base son la parte N° RHL 200 - 400 de Moeller Manufacturing Company de Plymouth, Michigan.Referring to Fig. 17, a preferred embodiment of the payload assembly 74 is presented. In this embodiment, the drive assembly 76 comprises eight vertical payload mounts 130 to which an upper payload plate 132 and a lower payload plate 134 are attached. Both the upper payload plate 132 and the lower payload plate 134 have four drive spring shaft holes 138 through which the drive spring shafts 124 pass when the device 10 is assembled. Preferably, eight springs. Payload-to-base springs 136 are attached to the upper payload plate 132 and eight payload-to-base springs 136 are attached to the lower payload plate 134. Payload-to-base springs 136 movably connect payload assembly 74 to base assembly 72 . In a preferred embodiment, the base payload springs 136 are part #RHL 200-400 from Moeller Manufacturing Company of Plymouth, Michigan.

Con referencia a la Fig. 18, se presenta una realización preferida del conjunto 120 de bloque motor. En esta realización, el conjunto 120 de bloque motor comprende cuatro conjuntos 140 de motor, dos soportes 142 de motor y un disipador 144 de calor. Preferiblemente, cada uno de los conjuntos 140 de motor está conectado a un conector 146 de alimentación (preferiblemente de tres clavijas) y a un conector 148 de retroalimentación (preferiblemente de siete clavijas). Un extremo del eje 170 de motor de cada uno de los cuatro conjuntos 140 de motor es preferiblemente visible a través de dos orificios 150 de acceso en cada uno de los soportes 142 de motor. Dos de los conjuntos 140 de motor están orientados hacia uno de los soportes 142 de motor y dos de los conjuntos 140 de motor están orientados hacia el otro de los soportes 142 de motor.Referring to Fig. 18, a preferred embodiment of the engine block assembly 120 is presented. In this embodiment, the engine block assembly 120 comprises four engine assemblies 140, two engine mounts 142, and a heat sink 144. Preferably, each of the motor assemblies 140 is connected to a power connector 146 (preferably three pin) and a feedback connector 148 (preferably seven pin). One end of the motor shaft 170 of each of the four motor assemblies 140 is preferably visible through two access holes 150 in each of the motor mounts 142. Two of the motor assemblies 140 face toward one of the motor mounts 142 and two of the motor assemblies 140 face toward the other of the motor mounts 142.

Con referencia a la Fig. 19, se presenta una realización preferida de cada uno de los conjuntos 140 de motor. En esta realización, cada uno de los conjuntos 140 de motor comprende preferiblemente una carcasa 160 de estator de motor, un cojinete 162 de autoalineación, dos muelles 164 ondulados, un estator 166 de motor, un rotor 168 de motor, un eje 170 de motor, chavetas 172, un contrapeso 174, un separador 176 de contrapeso, un cojinete 178 de bolas de contacto angular, un rotor 180 de resolver, una carcasa 182 de peso de motor, un estator 184 de resolver y un anillo 190 de retención. En una realización preferida, el resolver es el Modelo N° JSSB-15-J-05K, Frameless Resolver, fabricado por Northrop Grumman, Poly-Scientific, Blacksburg, VA. Referring to Fig. 19, a preferred embodiment of each of the motor assemblies 140 is presented. In this embodiment, each of the motor assemblies 140 preferably comprises a motor stator housing 160, a self-aligning bearing 162, two wave springs 164, a motor stator 166, a motor rotor 168, a motor shaft 170 , keys 172, a counterweight 174, a counterweight spacer 176, an angular contact ball bearing 178, a resolver rotor 180, a motor weight casing 182, a resolver stator 184, and a retaining ring 190. In a preferred embodiment, the resolver is Model No. JSSB-15-J-05K, Frameless Resolver, manufactured by Northrop Grumman, Poly-Scientific, Blacksburg, VA.

Durante la operación, los conjuntos 140 de motor de la realización de las Figs. 12-19 son activados mediante un controlador (no mostrado) que causa que dos de los ejes 170 de motor giren en un sentido horario y que dos giren en sentido antihorario. Tal como se ha indicado anteriormente, los ejes 107 de motor están orientados paralelos entre sí y los pares son operados en direcciones de rotación opuestas con pares 174 de contrapesos opuestos entre sí en el eje horizontal y coincidentes en el eje vertical. Al igual que con las otras realizaciones, esta disposición produce fuerzas lineales sustancialmente verticales con cancelación de las fuerzas horizontales.During operation, the motor assemblies 140 of the embodiment of Figs. 12-19 are activated by a controller (not shown) that causes two of the motor shafts 170 to rotate clockwise and two to rotate counterclockwise. As noted above, the motor shafts 107 are oriented parallel to each other and the pairs are operated in opposite directions of rotation with counterweight pairs 174 opposite each other on the horizontal axis and coincident on the vertical axis. As with the other embodiments, this arrangement produces substantially vertical linear forces with cancellation of horizontal forces.

La variación en la manera del mezclado se consigue usando un controlador de motor o un controlador de movimiento (no mostrado) para generar señales para controlar la frecuencia y la amplitud de los conjuntos 140 de motor para producir un movimiento vibratorio lineal. En una realización alternativa, el motor puede ser un servomotor, un motor paso a paso, un motor lineal o un motor continuo de corriente continua (CC). Colocando un acelerómetro (no mostrado) en el conjunto 74 de carga útil y/o el conjunto 120 de bloque motor para proporcionar control de retroalimentación del motor de mezclado, las características de agitación en el fluido o el sólido pueden ser ajustadas para optimizar el grado de mezclado y para producir un mezclado de calidad. En una realización preferida, el controlador de motor es el Modelo N° 6K4, Controlador de 4 Ejes 6K, fabricado por Parker Hannifin Corporation, Compumotor Division, Rohnert Park, CA. En una realización preferida, el acelerómetro es un modelo N° 793, Acelerómetro, fabricado por Wilcoxon Research, Gaithersburg, MD.Variation in the manner of mixing is achieved by using a motor controller or motion controller (not shown) to generate signals to control the frequency and amplitude of motor assemblies 140 to produce linear vibratory motion. In an alternative embodiment, the motor may be a servo motor, a stepper motor, a linear motor, or a direct current (DC) motor. By placing an accelerometer (not shown) on the payload assembly 74 and/or the motorblock assembly 120 to provide feedback control of the mixing motor, the agitation characteristics in the fluid or solid can be adjusted to optimize the degree of mixing and to produce a quality mix. In a preferred embodiment, the motor controller is Model No. 6K4, 6K 4-Axis Controller, manufactured by Parker Hannifin Corporation, Compumotor Division, Rohnert Park, CA. In a preferred embodiment, the accelerometer is a model No. 793 Accelerometer, manufactured by Wilcoxon Research, Gaithersburg, MD.

El control de un sistema de tres masas incluye dos aspectos primarios. El primer aspecto incluye el control del ángulo de fase o la posición relativa de cada uno de los servomotores, unos con respecto a otros. Los sensores para esto son los resolvers que están fijados al eje de cada motor. Estos dispositivos envían una señal de posición absoluta al controlador de movimiento que realiza un seguimiento del error de posición de un motor a otro. A su vez, a continuación, el controlador de movimiento calcula y envía una señal de corrección de vuelta a los motores. Esto mantiene los ángulos de fase de los motores dentro de una tolerancia que es establecida en el código de control. Control of a three-mass system includes two primary aspects. The first aspect includes control of the phase angle or the relative position of each of the servo motors with respect to each other. The sensors for this are the resolvers that are attached to the shaft of each motor. These devices send an absolute position signal to the motion controller which tracks position error from one motor to another. In turn, the motion controller then calculates and sends a correction signal back to the motors. This keeps the phase angles of the motors within a tolerance that is set in the control code.

El segundo aspecto del sistema de control es el establecimiento y el mantenimiento de una amplitud de vibración deseada. Esto se consigue supervisando la amplitud de los movimientos de la masa de la carga útil (m1) con un acelerómetro. Las señales desde el acelerómetro son enviadas al controlador de movimiento y son comparadas con un valor establecido por el operador. A continuación, se calcula una señal de corrección de error y se envía a los motores para aumentar o disminuir su frecuencia y su ángulo de fase para lograr la amplitud deseada.The second aspect of the control system is the establishment and maintenance of a desired vibration amplitude. This is achieved by monitoring the amplitude of the movements of the payload mass (m1) with an accelerometer. Signals from the accelerometer are sent to the motion controller and compared to a value set by the operator. An error correction signal is then calculated and sent to the motors to increase or decrease their frequency and phase angle to achieve the desired amplitude.

El control del ángulo de fase del control de los motores tiene también dos aspectos. El primer aspecto es mantener la posición motor a motor y el segundo aspecto es controlar la magnitud de la entrada de fuerza al sistema. El mantenimiento de la posición motor a motor es necesario de manera que la entrada de fuerza resultante al sistema esté orientada en una única dirección. Esto se consigue controlando la posición de los pares de motores. Los motores están emparejados en parejas o conjuntos de manera que cada conjunto tenga ángulos de fase idénticos. A continuación, los pares de motores se ponen en movimiento de manera que tengan frecuencias de rotación iguales, pero opuestas. A continuación, la posición de fase es controlada de manera que sume las fuerzas resultantes de las masas excéntricas en una dirección singular que es paralela a la orientación de los ejes de muelle. La magnitud de la fuerza es controlada mediante el control del ángulo de fase entre pares de motores. Si los pares de motores están desfasados 180 grados entre sí, la fuerza neta resultante es cero. Cuando el ángulo de fase entre pares de motores es cero grados, la fuerza neta resultante es el 100 por cien de la suma de las cuatro masas excéntricas. Los ángulos de fase entre estos extremos resultan en fuerzas que son más bajas que el máximo.The phase angle control of the motor control also has two aspects. The first aspect is to maintain position motor by motor and the second aspect is to control the magnitude of the power input to the system. Motor-to-motor position holding is necessary so that the resulting force input to the system is oriented in only one direction. This is achieved by controlling the position of the motor pairs. The motors are matched in pairs or sets so that each set has identical phase angles. The pairs of motors are then set in motion so that they have equal but opposite frequencies of rotation. Next, the phase position is controlled so as to add the forces resulting from the eccentric masses in a singular direction that is parallel to the orientation of the spring axes. The magnitude of the force is controlled by controlling the phase angle between pairs of motors. If the pairs of motors are 180 degrees out of phase with each other, the resulting net force is zero. When the phase angle between pairs of motors is zero degrees, the resulting net force is 100 percent of the sum of the four eccentric masses. The phase angles between these extremes result in forces that are lower than the maximum.

En resumen, los solicitantes han descubierto sistemas y procedimientos para la aplicación de energía acústica a un volumen de reactor que pueden conseguir un alto nivel de uniformidad de mezclado. El micromezclado que se consigue y los efectos en las combinaciones de intervalos de frecuencia, intervalos de desplazamiento e intervalos de aceleración descritos en la presente memoria producen mezcladores de muy alta calidad. El procedimiento descrito en la presente memoria puede ser llevado a la práctica con los sistemas preferidos descritos en la presente memoria y con vibradores de una única masa, vibradores de masa dual y transductores piezoeléctricos y magnetostrictivos.In summary, applicants have discovered systems and methods for applying acoustic energy to a reactor volume that can achieve a high level of mixing uniformity. The micromixing that is achieved and the effects in the combinations of frequency ranges, offset ranges, and acceleration ranges described herein produce very high quality mixers. The process described herein can be practiced with the preferred systems described herein and with single mass vibrators, dual mass vibrators, and piezoelectric and magnetostrictive transducers.

El mezclado de líquido a líquido es mejorado cuando una composición que comprende una pluralidad de líquidos es expuesta a un entorno vibratorio que es preferiblemente operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia comprendida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud comprendida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas). Los líquidos que no son miscibles son mezclados fácilmente cuando son sometidos a esta condición. Las capas límite normales que previenen el mezclado se rompen y los líquidos se distribuyen libre y uniformemente entre sí. En este entorno vibratorio, se consigue un micromezclado con la generación de gotas de 10 micrómetros a 100 micrómetros. Este procedimiento vibratorio mejora la uniformidad del tamaño y de la distribución de las gotas, permitiendo de esta manera un mayor transporte de masa, pero la mezcla se separa fácilmente cuando se elimina la agitación vibratoria. El ajuste del procedimiento entre una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas) optimiza la transferencia de energía acústica al fluido. Entonces, esta energía genera una distribución uniforme de gotas (más grandes que las generadas con los procedimientos relacionados típicos) que chocan entre sí para efectuar una transferencia de masa de una gota a otra. Tras eliminar la energía acústica, los líquidos se separan fácil y rápidamente, efectuando de esta manera una alta transferencia de masa sin crear una emulsión.Liquid-to-liquid mixing is enhanced when a composition comprising a plurality of liquids is exposed to a vibratory environment that is preferably operative to vibrate the composition at a frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz with an amplitude between about 0.508 to about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches). Liquids that are not miscible are easily mixed when subjected to this condition. The normal boundary layers that prevent mixing break down and the liquids distribute freely and evenly over each other. In this vibratory environment, micromixing is achieved with the generation of 10 micron to 100 micron droplets. This vibratory process improves uniformity of droplet size and distribution, thus allowing greater mass transport, but the mixture separates easily when vibratory agitation is removed. The method adjustment between a preferred frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.508 and about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches) optimizes the transfer of acoustic energy to the fluid. This energy then generates a uniform distribution of droplets (larger than those generated with typical related procedures) that collide with each other to effect mass transfer from one droplet to another. After removal of acoustic energy, the liquids separate easily and quickly, thus effecting high mass transfer without creating an emulsion.

El mezclado de una composición que comprende un líquido, un gas y un sólido es mejorado cuando se produce en un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas). Se causa que los fluidos (sistemas gas-líquido, gas-líquido-sólido y múltiplos de estos sistemas) en el recipiente de carga útil desarrollen un estado resonante/de mezclado que establece altos niveles de contacto gas-líquido, una onda acústica y patrones de flujo axial que resultan en altos niveles de transporte de masa gas-líquido y de mezclado.Mixing of a composition comprising a liquid, a gas, and a solid is enhanced when it occurs in a vibratory environment that is operative to vibrate the composition at a preferred frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.508 to about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches). Fluids (gas-liquid, gas-liquid-solid systems, and multiples of these systems) in the payload container are caused to develop a resonant/mixed state that establishes high levels of gas-liquid contact, an acoustic wave, and patterns. axial flow resulting in high levels of gas-liquid mass transport and mixing.

Típicamente, los fluidos no newtonianos o tixotrópicos (pseudo plásticos) son difíciles de mezclar. Al colocar una composición que comprende estos fluidos en un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y 1.000 Hz con una amplitud preferida entre 0,508 y 12,7 mm (entre 0,02 pulgadas y 0,5 pulgadas), se fluidifican y se mezclan fácilmente. Bajo estas condiciones, es posible mezclar dichos fluidos que contienen uno o más sólidos, uno o más gases y uno o más líquidos.Typically, non-Newtonian or thixotropic (pseudo-plastic) fluids are difficult to mix. By placing a composition comprising these fluids in a vibratory environment that is operative to vibrate the composition at a preferred frequency between about 15 Hz and 1,000 Hz with a preferred amplitude between 0.508 and 12.7 mm (0.02 in. and 0.02 in.). .5 inch), fluidize and mix easily. Under these conditions, it is possible to mix said fluids containing one or more solids, one or more gases and one or more liquids.

El mezclado de una composición que comprende un líquido y un gas es mejorado cuando se produce en un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas) para producir un medio gasificado. Las capas límite se rompen fácilmente y el gas es atrapado en el fluido. Las burbujas de tamaño del orden de micrómetros quedan atrapadas en el líquido durante largos períodos de tiempo. Este procedimiento es particularmente efectivo para la gasificación de líquidos usados para suministrar gases a biorreactores. Las pequeñas burbujas sometidas a la energía acústica producen "bombeo de burbujas". Este es el efecto de comprimir y expandir una burbuja atrapada en el fluido mediante energía acústica. Esta inestabilidad causa que las burbujas sean envueltas completamente por el fluido en las condiciones operativas preferidas. La transferencia de masa del gas atrapado en las burbujas al líquido se ve afectada también por el aumento de la presión sobre la burbuja a medida que las ondas acústicas pasan a través del líquido. La ley de Henery establece que la transferencia de masa de gas a líquido es proporcional a la presión del gas en la burbuja. Este efecto depende del espacio de la cabeza o del volumen de gas en relación con el volumen de fluido en el recipiente de mezclado. Un volumen relativamente pequeño de gas producirá burbujas muy pequeñas con una mayor presión de las burbujas de gas y la retención de las burbujas se consigue durante períodos de tiempo más prolongados después de eliminar la agitación acústica.Mixing of a composition comprising a liquid and a gas is enhanced when it occurs in a vibratory environment that is operative to vibrate the composition at a preferred frequency between about 15 Hz and 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.508 and about 12 Hz. 0.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches) to produce a gasified medium. Boundary layers are easily broken and gas is trapped in the fluid. Micrometer-sized bubbles are trapped in the liquid for long periods of time. This procedure is particularly effective for the gasification of liquids used to supply gases to bioreactors. Small bubbles subjected to acoustic energy produce "bubble pumping". This is the effect of compressing and expanding a bubble trapped in the fluid using acoustic energy. This instability causes the bubbles to be completely enveloped by the fluid under preferred operating conditions. The mass transfer from the gas trapped in the bubbles to the liquid is also affected by the increase in pressure on the bubble as the acoustic waves pass through the liquid. Henery's law states that the mass transfer from gas to liquid is proportional to the pressure of the gas in the bubble. This effect depends on the headspace or volume of gas relative to the volume of fluid in the mixing vessel. A relatively small volume of gas will produce very small bubbles with increased gas bubble pressure and bubble retention is achieved for longer periods of time after removal of acoustic agitation.

El mezclado con el fin de eliminar un gas de una composición que comprende un líquido y un gas (desgasificación) es mejorado cuando la composición es expuesta a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia preferida más baja de aproximadamente 10 Hz a aproximadamente 100 Hz y un desplazamiento preferido de menos de aproximadamente 0,635 mm (0,025 pulgadas). La reducción del desplazamiento y de la frecuencia a estos niveles más bajos es particularmente útil para expulsar el gas atrapado en los fluidos. Estas condiciones son efectivas tanto para líquidos ligeros, tal como agua, como para líquidos altamente viscosos y cargados con sólidos.Mixing for the purpose of degassing a composition comprising a liquid and a gas (degassing) is enhanced when the composition is exposed to a vibratory environment that is operative to vibrate the composition at a preferred frequency lower than about 10 Hz to about 100 Hz and a preferred offset of less than about 0.635 mm (0.025 inches). Reducing displacement and frequency to these lower levels is particularly useful for expelling gas trapped in fluids. These conditions are effective for both thin liquids, such as water, and highly viscous, solid-laden liquids.

Las reacciones físicas, tales como la transferencia de calor, la transferencia de masa y la suspensión de partículas, son aceleradas enormemente exponiendo los reactivos a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar los reactivos a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas). Al colocar medios que contienen los reactivos en dicho entorno, las fuerzas físicas que generan estas reacciones son accionadas a tasas más altas. De manera similar, la velocidad de las reacciones químicas aumenta debido a un contacto mejorado y al micromezclado. El aumento de la velocidad de contacto de los medios y la ruptura o reducción de las capas límite hace que las reacciones se produzcan a mayores velocidades.Physical reactions, such as heat transfer, mass transfer, and particle suspension, are greatly accelerated by exposing the reactants to a vibratory environment that is operative to vibrate the reactants at a preferred frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz. Hz with a preferred amplitude between about 0.508 and about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches). By placing media containing the reactants in such an environment, the physical forces that generate these reactions are actuated at higher rates. Similarly, the rate of chemical reactions increases due to improved contact and micromixing. Increasing the contact velocity of the media and the breaking or shrinking of boundary layers causes reactions to occur at higher rates.

La intrusión o infusión de líquidos o gases atrapados en líquidos en un medio poroso sólido es mejorada colocando los medios porosos en un entorno operativo para hacer vibrar los medios porosos a una frecuencia preferida de aproximadamente 5 Hz a aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas). Las capas límite se rompen y los fluidos y los gases son forzados a entrar a, salir de y a través de la estructura porosa.The intrusion or infusion of liquids or liquid-entrapped gases into solid porous media is enhanced by placing the porous media in an operating environment to vibrate the porous media at a preferred frequency of from about 5 Hz to about 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.508 to about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches). Boundary layers break down and fluids and gases are forced into, out of, and through the porous structure.

Las aplicaciones de mezclado con baja esfuerzo cortante son necesarias para prevenir daños a los cultivos biológicos para reducir el daño a los medios. Esto se consigue colocando los cultivos en un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar los cultivos a una frecuencia preferida de aproximadamente 5 Hz a aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,254 y aproximadamente 5,08 mm (entre aproximadamente 0,01 pulgadas y aproximadamente 0,2 pulgadas). Los cultivos celulares se mezclan físicamente con gases, sólidos y líquidos en un entorno de bajo esfuerzo cortante y un mínimo de colisiones entre células. Los nutrientes y los productos de desecho son transportan a y desde los cultivos celulares con muy bajo esfuerzo cortante. Este procedimiento produce también una morfología de cultivo celular más propicia debido al bajo esfuerzo cortante. Se previene que las células se aglomeren en grandes masas que bloquean la transferencia de masa a y desde las células individuales.Low shear mixing applications are necessary to prevent damage to biological cultures to reduce damage to media. This is achieved by placing the cultures in a vibratory environment that is operative to vibrate the cultures at a preferred frequency of from about 5 Hz to about 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.254 and about 5.08 mm (between about 0.01 inches and about 0.2 inches). Cell cultures are physically mixed with gases, solids, and liquids in an environment of low shear and minimal cell-to-cell collisions. Nutrients and waste products are transported to and from cell cultures with very low shear stress. This procedure also produces a more conducive cell culture morphology due to the low shear stress. Cells are prevented from agglomerating into large masses which block mass transfer to and from individual cells.

La incorporación de un sólido en un líquido es mejorada exponiendo el sólido y el líquido a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la combinación a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre 0,508 y 12,7 mm (entre 0,02 pulgadas y 0,5 pulgadas). La incorporación puede ser tan completa que se acerca al máximo teórico. Al colocar el fluido y los sólidos en un entorno vibratorio y, como resultado, proporcionando energía acústica al medio, el efecto es fluidizar la mezcla. En el procedimiento, el micromezclado se realiza en todo el recipiente mientras se macromezcla el producto. Se consigue un mezclado completo y profundo mediante el uso de energía acústica en cargas de sólidos que no podían alcanzarse previamente.Incorporation of a solid into a liquid is enhanced by exposing the solid and liquid to a vibratory environment that is operative to vibrate the combination at a preferred frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz with a preferred amplitude between 0.508 and 12.7 mm (between 0.02 inches and 0.5 inches). Incorporation can be so complete that it approaches the theoretical maximum. By placing the fluid and solids in a vibrating environment, and as a result providing acoustic energy to the medium, the effect is to fluidize the mixture. In the process, micromixing is done throughout the vessel while macromixing the product. Complete and thorough mixing is achieved by using acoustic energy on solids loadings that were previously unachievable.

De manera similar al mezclado de líquidos, los sólidos son mezclados añadiendo energía acústica para conseguir el micromezclado. Un entorno vibratorio que opera a una frecuencia preferida entre aproximadamente 15 Hz y aproximadamente 1.000 Hz con una amplitud preferida entre aproximadamente 0,508 y aproximadamente 12,7 mm (entre aproximadamente 0,02 pulgadas y aproximadamente 0,5 pulgadas) proporciona la energía acústica requerida para mezclar sólidos. El tamaño de los sólidos puede ser desde un tamaño nanométrico a partículas mucho más grandes. La energía acústica proporcionada a las partículas actúa directamente sobre los medios para producir el mezclado. Otros procedimientos usan componentes tales como hélices para producir un movimiento de fluido a través de remolinos que, a continuación, mezclan los medios. Estos remolinos son amortiguados por los medios y, de esta manera, el mezclado se localiza cerca del componente que los crea. La energía acústica suministrada a los medios no está sujeta a la localización de la entrada porque todo el volumen del recipiente de mezclado es sometido a la energía al mismo tiempo.Similar to liquid mixing, solids are mixed by adding acoustic energy to achieve micromixing. A vibratory environment operating at a preferred frequency between about 15 Hz and about 1,000 Hz with a preferred amplitude between about 0.508 and about 12.7 mm (between about 0.02 inches and about 0.5 inches) provides the acoustic energy required to mix solids. The size of the solids can be from nanometer size to much larger particles. The acoustic energy supplied to the particles acts directly on the media to cause mixing. Other methods use components such as propellers to produce fluid movement through eddies that then mix the media. These eddies are dampened by the media and thus the mixing is localized close to the component that creates it. The acoustic energy supplied to the media is not subject to the location of the input because the entire volume of the mixing vessel is subjected to the energy at the same time.

Las personas con conocimientos en la materia idearán muchas variaciones de la invención. Algunas variaciones incluyen realizaciones en las que la masa del oscilador está conectada a la masa intermedia mediante muelles y la masa intermedia está conectada a la masa de carga útil mediante muelles. Otras variaciones requieren realizaciones en las que la masa del oscilador está conectada a la masa de la carga útil mediante muelles y la masa de la carga útil está conectada a la masa intermedia mediante muelles.Those skilled in the art will devise many variations of the invention. Some variations include embodiments where the oscillator mass is connected to the intermediate mass by springs and the intermediate mass is connected to the payload mass by springs. Other variations require embodiments in which the oscillator mass is connected to the payload mass by springs and the payload mass is connected to the intermediate mass by springs.

Aunque se muestra que algunas realizaciones incluyen ciertas características, los solicitantes contemplan específicamente que cualquier característica descrita en la presente memoria pueda ser usada junto con, o en combinación con, cualquier otra característica en cualquier realización de la invención. Although some embodiments are shown to include certain features, Applicants specifically contemplate that any feature described herein may be used in conjunction with, or in combination with, any other feature in any embodiment of the invention.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Aparato (10) para generar agitación que comprende:1. Apparatus (10) to generate agitation comprising: una base (37);a base (37); una primera masa (12) móvil, en el que dicha primera masa móvil es móvil en una primera dirección lineal y en una dirección lineal opuesta;a first movable mass (12), wherein said first movable mass is movable in a first linear direction and in an opposite linear direction; una segunda masa (11) móvil, en el que dicha segunda masa móvil es móvil en las mismas direcciones que dicha primera masa móvil y está conectada de manera móvil a dicha primera masa móvil mediante un primer medio (25) elástico y está conectada de manera móvil a dicha base (37) mediante un segundo medio (27) elástico;a second movable mass (11), wherein said second movable mass is movable in the same directions as said first movable mass and is movably connected to said first movable mass by a first resilient means (25) and is movably connected movable to said base (37) by means of a second elastic means (27); un transductor (38) de fuerza electromagnético lineal conectado de manera rígida a la primera masa (12) móvil y operativo para producir una primera fuerza vertical sobre la primera masa (12) móvil en la primera dirección lineal y una segunda fuerza vertical sobre la primera masa (12) móvil en la dirección lineal opuesta; ya linear electromagnetic force transducer (38) rigidly connected to the first movable mass (12) and operative to produce a first vertical force on the first movable mass (12) in the first linear direction and a second vertical force on the first mass (12) moving in the opposite linear direction; Y una tercera masa (13) móvil, en el que dicha tercera masa (13) móvil es móvil en las mismas direcciones que dicha primera masa (12) móvil y está conectada de manera móvil a dicha segunda masa (11) móvil mediante un tercer medio (26) elástico, en el que la tercera masa (13) móvil no está conectada directamente a la primera masa (12) móvil.a third movable mass (13), wherein said third movable mass (13) is movable in the same directions as said first movable mass (12) and is movably connected to said second movable mass (11) by a third means (26) elastic, in which the third mobile mass (13) is not directly connected to the first mobile mass (12). 2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende, además:2. Apparatus according to claim 1, further comprising: una cámara (60) de mezclado que está conectada de manera rígida a dicha segunda masa (11) móvil o a dicha tercera masa (13) móvil.a mixing chamber (60) that is rigidly connected to said second mobile mass (11) or to said third mobile mass (13). 3. Aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende, además:3. Apparatus according to claim 1 or claim 2, further comprising: medios electrónicos o electromecánicos para controlar la frecuencia a la que dicha segunda masa (11) o dicha primera masa (12) se mueven cíclicamente y/o el desplazamiento de dicha primera masa (12) a medida que se mueve cíclicamente.electronic or electromechanical means for controlling the frequency at which said second mass (11) or said first mass (12) cyclically moves and/or the displacement of said first mass (12) as it cyclically moves. 4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos medios (25, 26, 27) elásticos tienen índices elásticos que son ajustables.Apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein said elastic means (25, 26, 27) have elastic indices that are adjustable. 5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:5. Apparatus according to any of the preceding claims, further comprising: medios electrónicos o electromecánicos para ajustar automáticamente las características de dichos medios (25, 26, 27) elásticos, las magnitudes de las fuerzas y la frecuencia a la que se aplican las fuerzas, permitiendo de esta manera el control de la frecuencia de vibración o del desplazamiento de una carga útil para proporcionar una operación consistente y/o controlada del aparato en una diversidad de situaciones.electronic or electromechanical means to automatically adjust the characteristics of said elastic means (25, 26, 27), the magnitudes of the forces and the frequency at which the forces are applied, thus allowing control of the vibration frequency or the displacement of a payload to provide consistent and/or controlled operation of the apparatus in a variety of situations. 6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la tercera masa móvil está conectada a dicha base (37) mediante un cuarto medio elástico.Apparatus according to any of the preceding claims, in which the third mobile mass is connected to said base (37) by means of a fourth elastic means. 7. Aparato según la reivindicación 1, en el que:7. Apparatus according to claim 1, wherein: el transductor (38) de fuerza electromagnético lineal está conectado de manera rígida a un lado de la primera masa (12) móvil, othe linear electromagnetic force transducer (38) is rigidly connected to one side of the first moving mass (12), or el transductor (38) de fuerza electromagnético lineal está conectado de manera rígida al centro de la primera masa (12) móvil.the linear electromagnetic force transducer (38) is rigidly connected to the center of the first moving mass (12). 8. Aparato según la reivindicación 1, en el que:8. Apparatus according to claim 1, wherein: la primera masa (12) móvil y la tercera masa (13) móvil están situadas a aproximadamente la misma elevación sobre la base (37); ythe first mobile mass (12) and the third mobile mass (13) are located at approximately the same elevation on the base (37); Y la primera masa (12) móvil y la tercera masa (13) móvil están situadas sobre la segunda masa (11) móvil.the first mobile mass (12) and the third mobile mass (13) are located on the second mobile mass (11). 9. Aparato según la reivindicación 1, en el que la segunda masa (11) comprende una pluralidad de masas adicionales, en el que cada una de las masas adicionales está conectada a la tercera masa (13) mediante un medio elástico adicional, y/o en el que la tercera masa (13) comprende una pluralidad de masas adicionales, en el que cada una de las masas adicionales está conectada a la segunda masa (11) mediante un medio elástico adicional. Apparatus according to claim 1, in which the second mass (11) comprises a plurality of additional masses, in which each of the additional masses is connected to the third mass (13) by means of an additional elastic means, and/ or in which the third mass (13) comprises a plurality of additional masses, in which each of the additional masses is connected to the second mass (11) by means of an additional elastic means. 10. Procedimiento de mezclado que comprende:10. Mixing procedure comprising: proporcionar el aparato (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; yproviding the apparatus (10) according to any preceding claim; Y causar que el transductor (38) de fuerza electromagnético lineal mueva la primera masa (12) móvil en la primera dirección lineal y la dirección lineal opuesta.causing the linear electromagnetic force transducer (38) to move the first moving mass (12) in the first linear direction and the opposite linear direction. 11. Procedimiento según la reivindicación 10, cuando depende de la reivindicación 2, que comprende, además: colocar una composición a mezclar en dicha cámara (60) de mezclado.A method according to claim 10, when dependent on claim 2, further comprising: placing a composition to be mixed in said mixing chamber (60). 12. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 11, en el que dicha composición comprende un primer líquido o un gas atrapado en un segundo líquido y un medio sólido poroso que tiene una capa límite y en el que dicho mezclado comprende, además:12. Mixing method according to claim 11, wherein said composition comprises a first liquid or a gas entrapped in a second liquid and a porous solid medium having a boundary layer and wherein said mixing further comprises: exponer los medios sólidos porosos y el primer líquido o el gas atrapado en el segundo líquido a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia comprendida entre 5 Hercios y 1.000 Hercios y a una amplitud de entre 0,51 mm (0,02 pulgadas) y 12,7 mm (0,5 pulgadas);exposing the porous solid media and the first liquid or gas entrapped in the second liquid to a vibratory environment operative to vibrate the composition at a frequency between 5 Hertz and 1,000 Hertz and at an amplitude between 0.51 mm (0 .02 inches) and 12.7 mm (0.5 inches); rompiendo de esta manera la capa límite y forzando el primer líquido o el gas atrapado en un segundo líquido a, desde y a través de los medios sólidos porosos.thereby breaking the boundary layer and forcing the first liquid or gas trapped in a second liquid to, from and through the porous solid media. 13. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 11, en el que dicha composición comprende un cultivo que comprende un medio nutriente y un microorganismo y en el que dicho mezclado comprende, además: exponer el cultivo a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar la composición a una frecuencia comprendida entre 5 Hercios y 1.000 Hercios y a una amplitud de entre 0,25 mm (0,01 pulgadas) y 5,1 mm (0,2 pulgadas);The method of mixing according to claim 11, wherein said composition comprises a culture comprising a nutrient medium and a microorganism and wherein said mixing further comprises: exposing the culture to a vibratory environment operative to vibrate the composition at a frequency between 5 Hertz and 1,000 Hertz and at an amplitude between 0.25 mm (0.01 inches) and 5.1 mm (0.2 inches); consiguiendo de esta manera un mezclado con bajo esfuerzo cortante de dicha composición.thus achieving a low shear mixing of said composition. 14. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 11, en el que dicha composición comprende un sólido y un líquido y en el que dicho mezclado comprende, además:14. Mixing method according to claim 11, wherein said composition comprises a solid and a liquid and wherein said mixing further comprises: exponer el sólido y el líquido a un entorno vibratorio que es operativo para hacer vibrar dicha composición a una frecuencia comprendida entre 15 Hercios y 1.000 Hercios y a una amplitud de entre 0,51 mm (0,02 pulgadas) y 12,7 mm (0,5 pulgadas), en el que dicho entorno vibratorio tiene un volumen que tiene partes;exposing the solid and liquid to a vibratory environment operative to vibrate said composition at a frequency between 15 Hertz and 1,000 Hertz and at an amplitude between 0.51 mm (0.02 inches) and 12.7 mm (0 .5 inches), wherein said vibrating environment has a volume having parts; sometiendo de esta manera todas las partes del volumen a una cantidad sustancialmente igual de energía acústica durante sustancialmente el mismo tiempo e incorporando el sólido en el líquido.thereby subjecting all parts of the volume to a substantially equal amount of acoustic energy for substantially the same time and incorporating the solid into the liquid. 15. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 10, en el que la segunda masa (11) móvil o la tercera masa (13) móvil vibra en una tercera frecuencia armónica y es operativa para producir un efecto de cancelación de fuerzas, reduciendo o eliminando de esta manera las fuerzas transmitidas al entorno circundante. y aumentando la eficiencia de mezclado. 15. Mixing method according to claim 10, wherein the second moving mass (11) or the third moving mass (13) vibrates at a third harmonic frequency and is operative to produce a force cancellation effect, reducing or eliminating this way the forces transmitted to the surrounding environment. and increasing mixing efficiency.
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